本发明专利技术属于聚合物功能材料领域，具体地涉及一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜、其制备方法和应用。本发明专利技术的响应性光子晶体弹性体膜材料，包括交联聚合物基体材料、改性纳米粒子和吸光纳米材料；所述交联聚合物、改性纳米粒子与吸光纳米材料的摩尔比为(1～200)：100:(0～5)；所述改性纳米粒子和吸光纳米材料以短程有序的结构排列分散在所述交联聚合物基体材料中，该光子晶体弹性体膜材料的颜色不随观察角度变化，在发生机械损伤能够自动修复，在拉伸过程中具有弹性。
【技术实现步骤摘要】
一种响应性光子晶体弹性体膜材料、其制备和应用
本专利技术属于聚合物功能材料领域的专利技术，更具体地涉及一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜、其制备方法和应用。
技术介绍
光子晶体是一种具有周期性纳米结构的材料，在传感、显示、检测、纳米压印、智能材料等领域具有很好的应用前景。光子晶体具有长程有序结构，使得光子晶体膜一般具有角度依赖性，而在使用过程中又要求其颜色稳定以便于观察和检测，因此制备无角度依赖的光子晶体膜材料有着重要的应用价值。同时，光子晶体膜材料在使用时不仅要有便于观察的颜色还需要具有一定的弹性和对外界刺激有响应性，这样才能实现对光、热、电、磁、离子等的响应，从而拓宽其使用范围。传统的响应性光子晶体膜主要是利用基体材料或者纳米粒子本身的性质来实现其对外界刺激的响应；难以达到响应后恢复、重复响应和恢复的目的。刺激响应回复和循环利用对光子晶体膜材料的实际应用尤为重要，而目前传统的方法还无法满足该要求。自修复光子晶体膜虽然已有文献报道，但在制备机械(如拉伸)响应性的光子晶体膜方面，利用现有技术制备的光子晶体膜材料大多强度低、易碎，无法满足实际应用的需求。此外，传统方法制备的光子晶体膜制备过程复杂，拉伸难以再次使用，无法实现自修复和重复使用的目的。以上光子晶体膜材料的缺陷和不足大大地限制了该材料的实际应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜、其制备方法和应用，其充分结合光子晶体弹性体膜材料的特点和需求，针对性对光子晶体材料组装体重的聚合物材料种类和纳米粒子种类进行重新选择，并对关键参数比如组分配比、组分溶解性等其他参数进行设计，相应地获得了一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜，由此解决现有技术的光子晶体膜材料大多强度低、易碎，无法满足实际应用的需求以及制备过程复杂，拉伸难以再次使用，无法实现自修复和重复使用的目的的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种响应性光子晶体弹性体膜材料，包括交联聚合物基体材料、改性纳米粒子和吸光纳米材料；所述交联聚合物、改性纳米粒子与吸光纳米材料的摩尔比为(1～200)：100:(0～5)；所述改性纳米粒子和所述吸光纳米材料以短程有序的结构排列分散在所述交联聚合物基体材料中，该光子晶体弹性体膜材料的颜色不随观察角度变化，在发生机械损伤后能够自动修复，在拉伸过程中具有弹性。优选地，所述改性纳米粒子的尺寸为100～500nm；所述吸光纳米材料的尺寸为10～100nm。优选地，所述交联聚合物为交联剂与聚合物的官能团之间通过发生配位、主-客体相互作用、氢键或化学交联反应而形成的具有网络结构的交联聚合物，所述聚合物为透明、有弹性的官能化的聚合物，所述聚合物的折光指数为1.2～2.0；所述官能化的聚合物含有氨基、吡啶基团、咪唑、偶氮苯、环糊精、羟基、巯基、硼酸或金刚烷双键中的至少一种，所述聚合物的玻璃化转变温度低于25℃；所述聚合物与所述交联剂的摩尔比为0.05:1～6:1。优选地，所述聚合物为官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)或官能化的聚丙烯酸丁酯。优选地，所述交联剂选自金属离子、环糊精、硼酸、多元醇、多元硫醇和双烯烃。优选地，所述金属离子为具有空轨道的碱土金属离子、过渡金属离子或稀土金属离子。优选地，所述金属离子为Ce3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+或Co2+中的一种或者多种。优选地，所述改性的纳米粒子通过纳米粒子在改性剂的作用下进行交联改性得到，所述纳米粒子为在有机溶剂中不溶解，且尺寸在100-500nm范围内的实心球或核壳结构球形粒子；所述改性剂为分子量小于40000g/mol的油溶性聚合物。优选地，所述纳米粒子为SiO2纳米粒子、聚苯乙烯纳米粒子或聚甲基丙烯酸纳米粒子。优选地，所述改性剂为分子量为600～30000g/mol的油溶性聚合物。优选地，所述改性纳米粒子具有大于40％的交联度。优选地，所述吸光纳米材料选自炭黑、CNT、石墨烯、富勒烯、PbS和CuS。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种响应性光子晶体弹性体膜材料的制备方法，包括如下步骤：(1)改性纳米粒子的制备：将纳米粒子在改性剂的作用下通过溶胶凝胶法进行化学改性，然后将改性的纳米粒子分散在有机溶剂中，其中改性纳米粒子的质量浓度为1％～50％；所述纳米粒子为在有机溶剂中不会溶解，且尺寸在100-500nm范围内的实心球或核壳结构球形粒子；所述改性剂为分子量小于40000g/mol的油溶性聚合物；(2)交联聚合物的制备：将透明、弹性的官能化的聚合物溶解或熔融后得到含有聚合物的有机溶液，然后将交联剂滴加至所述含有聚合物的有机溶液中，所述聚合物与所述交联剂的摩尔比为0.05:1～6:1；所述交联剂与所述聚合物的官能团之间通过发生配位、主-客体相互作用、氢键或化学交联反应而形成具有网络结构的具有自修复功能的交联聚合物；所述交联聚合物无色透明，其折光指数为1.2～2.0；所述官能化的聚合物含有氨基、吡啶基团、咪唑、偶氮苯、环糊精、羟基、巯基、硼酸或金刚烷双键中的至少一种；所述聚合物的玻璃化转变温度低于室温(25℃)；所述交联剂选自金属离子、环糊精、硼酸、多元醇、多元硫醇和双烯烃；将制备好的交联聚合物分散在有机溶剂中，其中交联聚合物的质量浓度为1％～65％；(3)光子晶体弹性膜材料的制备：将步骤(1)分散在有机溶剂中的所述改性纳米粒子与吸光纳米材料和步骤(2)分散在有机溶剂中的所述交联聚合物按照质量比100：(0～5)：(1～200)，优选质量比为100：(0～2)：(1～200)，在疏水且耐有机溶剂的材料表面或容器内部混合得到混合组装体，在20～70℃条件下快速脱除所述混合组装体中的有机溶剂得到光子晶体弹性膜材料，其中所述有机溶剂的脱除速率大于0.4ml/min；或者将所述混合组装体置于喷涂容器中，喷涂至所述疏水材料表面得到光子晶体弹性膜材料；其中，步骤(1)所述改性剂与步骤(2)所述交联聚合物的Flory-Huggin相互作用参数不大于0.5，确保步骤(3)中所述改性纳米粒子与所述交联聚合物能够互溶。优选地，所述纳米粒子为SiO2纳米粒子、聚苯乙烯纳米粒子或聚甲基丙烯酸纳米粒子。优选地，所述改性剂为分子量为600～30000g/mol的油溶性聚合物。优选地，所述改性纳米粒子具有大于40％的交联度。优选地，所述有机溶剂选自四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、环己烷、DMSO、DMF、苯、甲醇、乙醇、异丙醇、吡啶、甲苯、乙酸乙酯和丙酮。优选地，步骤(2)所述聚合物的分子量为5000～1,000,000g/mol按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的光子晶体弹性膜的应用，应用于防伪、可穿戴、指纹识别、传感器、涂料或油漆领域。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术通过选择特定种类的聚合物和交联剂，实现交联聚合物的制备。本专利技术选用具有较高的弹性和模量的聚合物，通过调控聚合物与交联剂的摩尔比调控交联聚合物的交联度，从而根据使用需求调整得到膜的强度。(2)本专利技术使用的交联聚合物含有可逆交联结构，为光子晶体弹性体膜的自修复提供了一个良好的平台，当该膜在使用过程中被破坏后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种响应性光子晶体弹性体膜材料，其特征在于，包括交联聚合物基体材料、改性纳米粒子和吸光纳米材料；所述交联聚合物、改性纳米粒子与吸光纳米材料的摩尔比为(1～200)：100:(0～5)；所述改性纳米粒子和所述吸光纳米材料分散在所述交联聚合物基体材料中，该光子晶体弹性体膜材料的颜色不随观察角度变化，在发生机械损伤后能够自动修复，在拉伸过程中具有弹性。
【技术特征摘要】
1.一种响应性光子晶体弹性体膜材料，其特征在于，包括交联聚合物基体材料、改性纳米粒子和吸光纳米材料；所述交联聚合物、改性纳米粒子与吸光纳米材料的摩尔比为(1～200)：100:(0～5)；所述改性纳米粒子和所述吸光纳米材料分散在所述交联聚合物基体材料中，该光子晶体弹性体膜材料的颜色不随观察角度变化，在发生机械损伤后能够自动修复，在拉伸过程中具有弹性。2.如权利要求1所述的光子晶体弹性体膜材料，其特征在于，所述改性纳米粒子的尺寸为100～500nm；所述吸光纳米材料的尺寸为10～100nm。3.如权利要求1所述的光子晶体弹性体膜材料，其特征在于，所述交联聚合物为交联剂与聚合物的官能团之间通过发生配位、主-客体相互作用、氢键或化学交联反应而形成的具有网络结构的交联聚合物，所述聚合物为透明、有弹性的官能化的聚合物，所述聚合物的折光指数为1.2～2.0；所述官能化的聚合物含有氨基、吡啶基团、咪唑、偶氮苯、环糊精、羟基、巯基、硼酸或金刚烷双键中的至少一种；所述聚合物的玻璃化转变温度低于25℃；所述交联剂优选选自金属离子、环糊精、硼酸、多元醇、多元硫醇和双烯烃；所述聚合物与所述交联剂的摩尔比为0.05:1～6:1。4.如权利要求3所述的光子晶体弹性体膜材料，其特征在于，所述金属离子为具有空轨道的碱土金属离子、过渡金属离子或稀土金属离子。5.如权利要求1所述的光子晶体弹性体膜材料，其特征在于，所述改性纳米粒子通过纳米粒子在改性剂的作用下进行交联改性得到，所述纳米粒子为在有机溶剂中不溶解，且尺寸在100～500nm范围内的实心球或核壳结构球形粒子，所述纳米粒子优选为SiO2纳米粒子、聚苯乙烯纳米粒子或聚甲基丙烯酸纳米粒子；所述改性剂为分子量小于40000g/mol的油溶性聚合物。6.如权利要求1所述的光子晶体弹性体膜材料，其特征在于，所述吸光纳米材料选自炭黑、CNT、石墨烯、富勒烯、PbS和CuS。7.一种响应性光子晶体弹性体膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)改性纳米粒子的制备：将纳米粒子在改性剂的作用下通过溶胶凝胶法进行化学改性，然后将改性的纳米粒子分散在有机溶剂中，其中改性纳米粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱锦涛，谭海英，张连斌，吕全乾，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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