光子晶体材料及其制备方法和光子晶体墨水及其应用技术

本发明专利技术涉及一种光子晶体材料及其制备方法和光子晶体墨水及其应用，该光子晶体材料包括内核及包覆于内核上的聚乙烯吡咯烷酮壳，其中，内核由若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成。该光子晶体材料能够实现结构色显示、且能够通过印刷的方式制备变色显示器件。

Photonic Crystal Materials and Their Preparation, Photonic Crystal Inks and Their Applications

【技术实现步骤摘要】
光子晶体材料及其制备方法和光子晶体墨水及其应用
本专利技术涉及显示器件领域，尤其涉及一种光子晶体材料及其制备方法和光子晶体墨水及其应用。
技术介绍
光子晶体是一类具有特殊周期性结构的物质，这种周期性结构能够对光波进行调控，能够使得在环境白光的照射下产生出彩色，即结构色。这种结构色不同于传统意义的色素色，它是光线经过这类物质时，由于物质自身的微观结构使得光线产生干涉、衍射与散射而产生的。结构色具有高亮度、高彩度、不褪色、虹彩现象及偏振效应等普通颜料色无法达到的优异性能，得到了人们越来越多的关注和研究，以使其在显示呈色方面得到变革性的应用。用化学合成法制备相当大小的微纳米颗粒，对胶体颗粒进行外场调控，便有可能形成三维的光子晶体结构。传统的显示呈色是红绿蓝三种发光材料在一定的电压或电流下发出特定波长的光，然后经过色光叠加出现彩色。不同于三原色叠色显示，这种结构色可以通过不断改变外场的大小，连续改变胶体颗粒的间距，从而连续地改变出射光的波长，达到全彩色显示的效果，在显示领域有很大的潜在应用价值。随着新一代柔性显示技术的发展，印刷电子制造呈现出广阔的应用空间。将目标材料配制成墨水，并通过印刷的方法即可实现电子制造，降低生产成本，提高生产效率，使得对材料进行墨水化成为整个印刷电子行业的基础。然而，虽然这种基于结构色显示技术具有很大优势与应用前景，但真正用于显示行业的研究还不多，应用产业化还远远不够。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种新的能够实现结构色显示、且能够通过印刷的方式制备变色显示器件的光子晶体材料。此外，还提供一种光子晶体材料、光子晶体墨水及其应用。一种光子晶体材料，所述光子晶体材料包括内核及包覆于所述内核上的聚乙烯吡咯烷酮壳，其中，所述内核由若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成。上述光子晶体材料为一种新的光子晶体材料，不仅能够实现结构色显示，而且上述光子晶体材料还能够制作成印刷用的墨水，从而使得上述光子晶体材料能够通过印刷的方式制备显示器件中。在其中一个实施例中，所述内核的粒径为100纳米～250纳米；所述纳米四氧化三铁晶粒的粒径为5纳米～15纳米。在其中一个实施例中，所述聚乙烯吡咯烷酮壳的厚度为10纳米～30纳米。在其中一个实施例中，还包括包覆在所述聚乙烯吡咯烷酮壳上的二氧化硅层。在其中一个实施例中，所述二氧化硅层为多孔结构。在其中一个实施例中，所述二氧化硅层的厚度为15纳米～40纳米。一种光子晶体材料的制备方法，包括如下步骤：在碱性环境下，将水溶性三价铁盐、聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、还原性溶剂和强碱弱酸盐混合进行水热反应，得到Fe3O4@PVP颗粒，其中，Fe3O4代表若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成的内核，@表示包覆，PVP为壳。在其中一个实施例中，所述水溶性三价铁盐选自氯化铁、硝酸铁及硫酸铁中的至少一种。在其中一个实施例中，所述在碱性环境下，将水溶性三价铁盐、聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、还原性溶剂和强碱弱酸盐混合进行水热反应的步骤为：将所述聚乙烯吡咯烷酮、所述葡萄糖溶解在所述还原性溶剂中，然后依次加入所述水溶性三价铁盐和所述强碱弱酸盐，以使反应体系呈碱性，接着进行水热反应。在其中一个实施例中，所述水热反应的温度为180℃～230℃；及/或，所述聚乙烯吡咯烷酮与所述水溶性三价铁盐中的铁元素的质量比为20:1～30:1；及/或，所述葡萄糖与所述水溶性三价铁盐中的铁元素的摩尔比为0.5:1～1:1；及/或，所述还原性溶剂为乙二醇；及/或，所述强碱弱酸盐为乙酸盐。在其中一个实施例中，还包括在所述Fe3O4@PVP颗粒上包覆二氧化硅层的步骤：将所述Fe3O4@PVP颗粒与硅源、催化剂、水在醇中混合反应，得到包覆有所述二氧化硅层的Fe3O4@PVP颗粒。在其中一个实施例中，硅源中的硅元素与所述水的摩尔比为1:115～1:290；及/或，所述硅源中的硅元素与所述Fe3O4@PVP颗粒中的铁元素的摩尔比为1:1～3:1；及/或，所述催化剂为氨水；及/或，所述硅源选自硅酸酯及有机硅中的一种。在其中一个实施例中，还包括将所述包覆有所述二氧化硅层的Fe3O4@PVP颗粒和水混合进行表面改性处理，以使所述二氧化硅层呈多孔结构的步骤。在其中一个实施例中，所述醇选自无水乙醇、无水甲醇及无水异丙醇中的一种。一种光子晶体墨水，包括光子晶体材料和溶剂，光子晶体材料为上述任一种光子晶体材料或上述任一种光子晶体材料的制备方法制备得到的光子晶体材料。在其中一个实施例中，所述光子晶体材料还包括包覆在所述聚乙烯吡咯烷酮壳上的二氧化硅层，所述溶剂为醇或水，所述二氧化硅层的表面结合有硅烷醇基。在其中一个实施例中，所述二氧化硅层为多孔结构。在其中一个实施例中，所述光子晶体材料的质量百分含量为10％～50％，所述溶剂的质量百分含量为50％～90％。在其中一个实施例中，所述溶剂选自水及醇的至少一种。上述任一种光子晶体墨水在制备变色显示器件中的应用。附图说明图1为一实施方式的光子晶体材料的制备方法的流程图；图2为实施例9～32的光子晶体墨水制作成的电致变色器件的结构示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。一实施方式的光子晶体材料，该光子晶体材料包括内核及包覆于内核上的聚乙烯吡咯烷酮壳，其中，内核由若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成。即此时，光子晶体材料结构表示为：Fe3O4@PVP颗粒，其中，Fe3O4代表若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成的内核，@表示包覆，PVP为壳。由于纳米四氧化三铁晶粒能表现出超顺磁性的性能优势，而若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成的内核也能保持这样的性能；PVP包覆在内核上，不仅能够控制内核的大小，并且PVP的空间位阻大，不会影响内核的磁性，从而实现内核的单分散，使得Fe3O4@PVP颗粒能够实现在磁场条件下，对单分散的内核之间的距离的调节，以满足变色的要求。具体地，内核的粒径为100纳米～250纳米；纳米四氧化三铁晶粒的粒径为5纳米～15纳米。通过控制纳米四氧化三铁晶粒和内核为上述粒径，能够使Fe3O4@PVP颗粒对磁场具有较好的响应。具体地，聚乙烯吡咯烷酮壳的厚度为10纳米～30纳米。进一步地，光子晶体材料还包括包覆在聚乙烯吡咯烷酮壳上的二氧化硅层。此时，光子晶体材料可以表示为：Fe3O4@PVP@SiO2。通过在Fe3O4@PVP颗粒上包覆二氧化硅层，可以使Fe3O4@PVP@SiO2在水或者醇的溶剂体系下产生带负电基团(硅烷醇基(-SiOH))，并且不会影响材料的磁性，而且还能够实现Fe3O4@PVP@SiO2对电场的响应，以使单分散的内核之间的距离在电场下的调节，满足电场变色的要求。即Fe3O4@PVP@SiO2不仅在磁场下实现变色，还能够在电场下实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子晶体材料，其特征在于，所述光子晶体材料包括内核及包覆于所述内核上的聚乙烯吡咯烷酮壳，其中，所述内核由若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成。

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体材料，其特征在于，所述光子晶体材料包括内核及包覆于所述内核上的聚乙烯吡咯烷酮壳，其中，所述内核由若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成。2.根据权利要求1所述的光子晶体材料，其特征在于，所述内核的粒径为100纳米～250纳米；所述纳米四氧化三铁晶粒的粒径为5纳米～15纳米。3.根据权利要求1所述的光子晶体材料，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮壳的厚度为10纳米～30纳米。4.根据权利要求1所述的光子晶体材料，其特征在于，还包括包覆在所述聚乙烯吡咯烷酮壳上的二氧化硅层。5.根据权利要求4所述的光子晶体材料，其特征在于，所述二氧化硅层为多孔结构。6.根据权利要求4或5所述的光子晶体材料，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度为15纳米～40纳米。7.一种光子晶体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在碱性环境下，将水溶性三价铁盐、聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、还原性溶剂和强碱弱酸盐混合进行水热反应，得到Fe3O4@PVP颗粒，其中，Fe3O4代表若干个纳米四氧化三铁晶粒团簇而成的内核，@表示包覆，PVP为壳。8.根据权利要求7所述的光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述水溶性三价铁盐选自氯化铁、硝酸铁及硫酸铁中的至少一种。9.根据权利要求7所述的光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述在碱性环境下，将水溶性三价铁盐、聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、还原性溶剂和强碱弱酸盐混合进行水热反应的步骤为：将所述聚乙烯吡咯烷酮、所述葡萄糖溶解在所述还原性溶剂中，然后依次加入所述水溶性三价铁盐和所述强碱弱酸盐，以使反应体系呈碱性，接着进行水热反应。10.根据权利要求7所述的光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180℃～230℃；及/或，所述聚乙烯吡咯烷酮与所述水溶性三价铁盐中的铁元素的质量比为20:1～30:1；及/或，所述葡萄糖与所述水溶性三价铁盐中的铁元素的摩尔比为0.5:1～1:1；及/或，所述还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩平，
申请(专利权)人：广东聚华印刷显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44