一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及结构色材料技术领域，为解决传统结构色材料制备工艺繁琐，具有角度依赖性，色彩调控难度大的问题，提供了一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备两种不同粒径的单分散纳米粒子A1和A2；（2）用黑色素材料分别包覆，得到两种不同粒径的单分散核壳纳米粒子B1和B2；（3）分散于去离子水中，超声分散，得到分散液C；（4）将分散液C加入至喷枪中的液体槽中，对基材喷涂，再喷出气流，快速干燥基材上的分散液C，重复若干次，得到无角度依赖性结构色材料。本发明专利技术通过使用两种不同粒径的纳米粒子混合液，调节两种纳米粒子的质量比，高效调控结构色材料的色度。

【技术实现步骤摘要】
一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法
本专利技术涉及结构色材料
，尤其涉及一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法。
技术介绍
如今，高度发达的科学技术给予了人们丰富的物质生活，但随科技发展产生的环境问题也已经不可忽视。在颜料领域，大多数国家已经对含重金属或致癌化学物质的颜料进行了严格限制，因此开发更安全的颜料具有重要的科学与社会意义。结构色就是一种更为安全的颜色。不同于色素、染料通过分子对光进行选择性吸收从而产生颜色，结构色是一种物理生色现象，它拥有与光波长匹配的特殊微纳结构，能够与光发生干涉、衍射、散射等作用从而产生颜色。由于其独特的机理，结构色具有显色稳定、永不褪色等特点，还避免了传统色素、染料中化学物质所带来的环境污染，因此结构色材料在颜料领域拥有极大的应用潜力。然而，结构色在实际应用中也有所局限，第一，制备过程复杂，往往需要几十个小时甚至几天；第二，由于周期性微纳结构，结构色会随观察角度的改变而呈现不同的颜色，具有角度依赖性；第三，调控色彩手段繁琐低效，并且角度依赖性也使得结构色颜色的调控变得更加困难。这些问题都极大地限制了结构色材料在显示、传感等领域中的应用。中国专利文献上公开了“使用喷涂方法制备聚合物胶体光子晶体膜的方法”，其公告号为CN101260194A，该专利技术使用单分散的乳胶粒子悬浮液空气喷涂制备得到光子晶体结构色材料。此方法虽然可以快速简单、大面积制备结构色材料，但得到的结构色材料依然具有角度依赖性，且无法简便调控结构色材料的颜色。现有的制备技术限制了结构色材料的颜色调控，某一尺寸的乳胶粒子只对应一种单一的颜色，如果想要得到全可见光范围的颜色，需要浪费大量的材料和时间去制备不同尺寸的乳胶粒子。因此，研究和开发具有一种简便调控无角度依赖性结构色材料颜色的方法具有重要的科学和社会意义。
技术实现思路
本专利技术为了克服传统结构色材料制备工艺繁琐，具有角度依赖性，色彩调控难度大的问题，提供了一种操作简单、可实现高效调控色度、饱和度、亮度的简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种无角度依赖性结构色材料的制备方法，包括以下步骤：（1）分别制备两种不同粒径的单分散纳米粒子A1和A2；（2）用黑色素材料分别包覆单分散纳米粒子A1和A2，得到两种不同粒径的单分散核壳纳米粒子B1和B2；以黑色素材料为壳，单分散纳米粒子为核的核壳纳米粒子，其中黑色素材料可以有效降低非晶态结构中的多重非相干散射，同时在可见光范围具有宽谱的强吸光能力，在非共振波长处降低材料的反射率，从而增加结构色的饱和度；（3）将单分散核壳纳米粒子B1和B2分散于去离子水中，超声分散，得到分散液C；（4）将分散液C加入至喷枪中的液体槽中，调节参数后，对准基材进行喷涂，使用喷枪喷涂一层分散液C后，再使用喷枪喷出气流，快速干燥基材上的分散液C，重复该步骤若干次，得到无角度依赖性结构色材料。本专利技术通过改变混合悬浮液中两种不同粒径的微球质量比和所添加黑色素的质量分数有效调控颜色的色度、饱和度、亮度。本方法操作简便，重复性强，有利于大规模制备。本专利技术无需制备大量不同尺寸的乳胶粒子，仅需要制备光学三原色对应尺寸的乳胶粒子，根据色彩叠加原理，使用混合喷涂-快速干燥法制备得到全色内无角度依赖性的非晶态结构色材料。本方法不仅可以简便地调节结构色的色度、饱和度、亮度，也可以有效控制颜料厚度，不受基底材料限制，更为重要的是相比较化学色和一般的结构色材料，本方法环保无污染。作为优选，步骤（1）中，所述单分散纳米粒子A1和A2的单分散指数≤0.1；所述单分散纳米粒子A1和A2的粒径为200~300nm。作为优选，步骤（1）中，所述单分散纳米粒子A1和A2采用Stöber法制备；所述单分散纳米粒子A1和A2为单分散二氧化硅微球。具体的，所述单分散纳米粒子A1的制备方法为：将2~10mL氨水、20~40mL去离子水、10~30mL无水乙醇混合均匀得到溶液I，再将2~10mL硅酸四乙酯（TEOS）和30~60mL无水乙醇混合均匀得到溶液II；将溶液I在300~1000rpm的转速下搅拌，并加热至20~40℃，快速加入溶液II，反应1~6h，反应液在离心速度3000~9000rpm下离心10min，倒去上层清液后用去离子水再次分散，重复三次，得到单分散纳米粒子A1。通过改变氨水和TEOS的用量可以有效调控单分散纳米粒子A1的粒径大小，单分散纳米粒子A2的制备方法与单分散纳米粒子A1相同。作为优选，步骤（2）中，所述黑色素材料为真黑素材料的前体或类黑素材料的前体。作为优选，步骤（2）中，所述单分散核壳纳米粒子B1和B2的单分散指数≤0.5；所述单分散核壳纳米粒子B1和B2的粒径为200~310nm。作为优选，步骤（2）中，所述单分散核壳纳米粒子B1和B2的制备方法为：分别配制质量分数为10~30wt%的单分散纳米粒子A1和A2的水分散液，调节pH至7~10，再分别加入0.5~15mM的黑色素材料，室温反应18~36h后，离心速度3000~9000rpm下离心10min，倒去上层清液后用去离子水再次分散，重复三次，得到单分散核壳纳米粒子B1和B2。通过调节黑色素材料的摩尔浓度，制备具有不同饱和度、亮度的结构色的单分散核壳纳米粒子，其原理为：黑色素材料在全可见光范围内具有宽谱的强吸光作用，材料中不同黑色素的含量导致结构色饱和度、亮度不同，反应物摩尔浓度越高，黑色素含量越高，结构色饱和度越高、亮度越低。通过调节黑色素的使用量，实现高效调控结构色材料的饱和度、亮度，使得该结构色材料具有高度的可定制性，解决了非晶态结构色材料中颜色泛白，容易发生光漂白的问题。作为优选，步骤（3）中，所述单分散核壳纳米粒子B1和B2的质量比为1:9~9:1。通过调节两种不同粒径的单分散核壳纳米粒子的质量比来调节结构色的色度，仅需三原色，便能根据颜色叠加原理，利用不同尺寸纳米粒子对应的反射峰进行叠加调制得到全可见光范围的颜色。作为优选，步骤（3）中，所述分散液C的总质量分数为0.5~10wt%。作为优选，步骤（3）中，超声分散的功率为50~200W，时间为30~60min。作为优选，步骤（4）中，喷枪的工作距离为5~20cm；工作压力0.05~0.15Mpa；喷枪孔径0.1~0.4mm；所述基材包括玻璃、塑料、纸片。因此，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术解决了结构色材料难以制备，难以调控颜色两大关键问题。首先，采用了一种简便的喷涂-快速干燥法，可以快速制备得到无角度依赖性结构色材料。同时，根据颜色叠加原理，简单有效地通过使用两种不同粒径的纳米粒子混合液，调节两种纳米粒子的质量比，可以高效调控结构色材料的色度，实现可见光区各种颜色的无角度依赖性结构色材料的大面积制备，有利于推广应用，并且调节黑色素的使用量可以实现高效调控结构色材料的饱和度、亮度，使得该结构色材料具有高度的可定制性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）分别制备两种不同粒径的单分散纳米粒子A1和A2；/n（2）用黑色素材料分别包覆单分散纳米粒子A1和A2，得到两种不同粒径的单分散核壳纳米粒子B1和B2；/n（3）将单分散核壳纳米粒子B1和B2分散于去离子水中，超声分散，得到分散液C；/n（4）将分散液C加入至喷枪中的液体槽中，调节参数后，对准基材进行喷涂，使用喷枪喷涂一层分散液C后，再使用喷枪喷出气流，快速干燥基材上的分散液C，重复该步骤若干次，得到无角度依赖性结构色材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）分别制备两种不同粒径的单分散纳米粒子A1和A2；
（2）用黑色素材料分别包覆单分散纳米粒子A1和A2，得到两种不同粒径的单分散核壳纳米粒子B1和B2；
（3）将单分散核壳纳米粒子B1和B2分散于去离子水中，超声分散，得到分散液C；
（4）将分散液C加入至喷枪中的液体槽中，调节参数后，对准基材进行喷涂，使用喷枪喷涂一层分散液C后，再使用喷枪喷出气流，快速干燥基材上的分散液C，重复该步骤若干次，得到无角度依赖性结构色材料。


2.根据权利要求1所述的一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述单分散纳米粒子A1和A2的单分散指数≤0.1；所述单分散纳米粒子A1和A2的粒径为200~300nm。


3.根据权利要求1所述的一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述单分散纳米粒子A1和A2采用Stöber法制备；所述单分散纳米粒子A1和A2为单分散二氧化硅微球。


4.根据权利要求1所述的一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述黑色素材料为真黑素材料的前体或类黑素材料的前体。


5.根据权利要求1所述的一种简便调色的无角度依赖性结构色材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述单分散核壳纳米粒子B1和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思，王旭，周立康，马猛，施燕琴，何荟文，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33