一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体及其制备方法。所述高反射一维光子晶体是由作为低折射率层的固化的紫外光固化树脂和作为高折射率层的无机纳米溶胶在基底上交替堆叠形成的有机/无机堆叠周期性层状材料。本发明专利技术利用紫外光固化树脂结合“溶胶‑凝胶”法，利用两种具有不同折射率的材料，通过层层交替叠加的方法，制备在特定波段具有高反射率的一维光子晶体。很好地解决传统方法构筑一维光子晶体过程中，高折射层与低折射层之间相互渗透的问题。此方法制备的光子晶体，单周期的反射率可达50%。此外，本方法制备的光子晶体薄膜透光性能良好，结构稳定，适用于图层、显示、传感、监测等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体及其制备方法
本专利技术属于超材料中的光子晶体材料领域，具体涉及一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体及其制备方法。
技术介绍
光子晶体是由不同介电常数的材料在空间呈周期性排布的结构，在特定的方向上可形成光子禁带，阻碍特定波长的光通过。相较二维和三维光子晶体，一维光子晶体是光子晶体中最简单的一种光子晶体，广受关注。作为一种光子带隙材料，一维光子晶体在固定方向上具有光波不能完全通过的频率区域。当一维光子晶体的光子带隙位于可见光区内，所得一维光子晶体呈现出鲜艳亮丽的结构色。一维光子晶体制备工艺相对简单，选材来源广泛，在图层、显示、传感、监测等领域前景辽阔。利用交替涂膜的方法制备一维光子晶体是一种简易高效的方法。但是，如何保证在连续涂膜的过程中，已制备完成的涂层不受到后续涂膜动作的影响，保证层层之间清晰的界面，是该方法的一个难点所在。特别地，制备一维光子晶体通常选择有机高分子作为低折射率层材料，所制备的一维光子晶体更容易受到溶剂、温度等因素的影响。紫外光固化树脂可以在紫外光辐照下发生聚合及交联，进而形成稳定的高分子薄层。与传统的热固化材料相比，紫外光固化树脂具有固化速率快、节能、环保等优点，是一种环境友好、绿色高效的树脂材料，目前已经广泛地应用于涂料、镀层、电子加工等行业。紫外光固化树脂良好的成膜性，以及固化之后的高稳定性，为一维光子晶体的制备提供了理想的体系。同时，紫外光固化树脂成本低廉、易于实现大面积的制备，为后续的工业化生产提供了基础。r>
技术实现思路
基于对现有问题的考虑，本专利技术目的在于提供一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体及其制备方法，得到颜色亮丽、带隙位置可调、易于实现工业生产的一维光子晶体材料。本专利技术利用紫外光固化树脂结合“溶胶-凝胶”法，利用两种具有不同折射率的材料，通过层层交替叠加的方法，制备在特定波段具有高反射率的一维光子晶体。很好地解决传统方法构筑一维光子晶体过程中，高折射层与低折射层之间相互渗透的问题。本专利技术选用紫外光固化树脂作为一维光子晶体的低折射层材料，在增强一维光子晶体稳定性的同时，提高了一维光子晶体的制备效率。本专利技术所使用的紫外光固化树脂，经紫外光辐照，能在短时间内完成交联固化，形成致密、稳定的高分子层，从而有效地避免有机层与无机层之间相互渗透。本专利技术的目的至少通过以下之一的技术方案实现。一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体，所述高反射一维光子晶体是由作为低折射率层的固化的紫外光固化树脂和作为高折射率层的无机纳米溶胶在基底上交替堆叠形成的有机/无机堆叠周期性层状材料。进一步的，所述紫外光固化树脂为在紫外光照射下交联的预聚体，包括以甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸树脂、超支化丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸树脂或不饱和树脂为主的低聚物；所述无机纳米溶胶为二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅、五氧化二钒、银或金溶胶。进一步的，所述低折射率层的厚度为50～500nm；所述无机纳米溶胶形成的高折射率层厚度在20～200nm。进一步的，堆叠的周期数为1-N（N为自然数），例如1-4。一种利用紫外光固化树脂构筑高反射一维光子晶体的方法，包括以下步骤：（1）将紫外光固化树脂用稀释剂进行稀释并搅拌混合，得到作为低折射率层材料的紫外光固化树脂前驱体溶液；（2）制备无机溶胶作为高折射率层材料；（3）处理基底；（4）将步骤（1）和步骤（2）所得的材料交替在经步骤（3）处理的基底上进行涂覆和固化；（5）重复步骤（4）即可得到所述高反射一维光子晶体材料。进一步的，所述步骤（1）中，稀释剂可以是乙酸乙酯、甲苯、氯仿或四氢呋喃，进一步地优选为乙酸乙酯。进一步的，所述步骤（1）中，紫外光固化树脂加稀释剂后，采用磁力搅拌器搅拌时长为4-6小时，进一步地优选为5小时。进一步的，所述步骤（2）中，无机纳米溶胶采用水解法，溶剂选用乙醇。进一步的，步骤（3）所述基底材料为硅片、石英片、玻璃载玻片、亚克力板或者PET薄膜。进一步的，步骤（3）所述基底处理方法为，将剪裁好的基底浸泡在丙酮溶液中，超声清洗，取出基底擦净，再用UV清洗仪处理5-30分钟，然后再用非极性溶剂冲洗，最后用氮气吹干，以去除基底表面杂质。进一步的，所述步骤（4）所述涂覆为旋涂法或者喷涂法。进一步的，所述步骤（4）和（5）中所述紫外光固化树脂固化条件为氮气保护下365nm的紫外光照射涂覆的紫外光固化树脂前驱体溶液5-15分钟，高折射率层材料的固化条件为50-200℃加热1-10分钟。进一步的，步骤（1）中稀释剂与光固化树脂的质量比(5-60):1。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述高反射一维光子晶体薄膜材料具有结构颜色亮丽、原料价格低廉且来源广泛、制备方法简便、光学性能良好、可大量生产的优点，在简化一维光子晶体的制备步骤的同时也降低了制备成本。本专利技术由纳米溶胶与紫外光固化树脂溶液采用交替自组装方法形成层状结构，所述紫外光固化树脂溶液通过紫外光照射在短时间内引发聚合交联从而形成良好固化层，形成稳定的低折射率聚合物层，有效避免有机层与无机层之间相互渗透。此方法制备的光子晶体，单周期的反射率可达50%。在制备工艺上可实现对高、低折射层材料厚度控制，得到带隙可调的高反射一维光子晶体材料。此方法制备的一维光子晶体材料透光性能良好，结构稳定，适用的有机、无机材料广泛，在涂层、显示、传感、裸眼检测、防伪等领域具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1所得到的具有1-4个有机-无机堆叠周期的光子晶体薄膜材料的反射光谱示意图；图2为实施例1、实施例6以及实施例7所制备单周期一维光子晶体材料的反射光谱示意图；图3为实施例13所得一维光子晶体薄膜材料的横截面的扫描电子显微镜图。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1一种高反射一维光子晶体的制备方法，包括以下步骤：（1）按照质量比45:1分别称取稀释剂（乙酸乙酯）、紫外光固化树脂（甲基丙烯酸甲酯），室温下搅拌5小时，得到紫外光固化树脂溶液。（2）称取钛酸四丁酯3.0g于圆底烧瓶中，加入40mL乙醇稀释。取1mL去离子水，1-2滴浓盐酸和20mL无水乙醇混合均匀，在冰水浴下，将该混合溶液缓慢滴于钛酸四丁酯的乙醇溶液中，滴加完全后，室温下搅拌12小时，得到无机物溶胶。（3）取上述紫外光固化树脂溶液，在硅片上进行旋涂，转速为3000转/分钟。紫外光固化树脂旋涂完毕后，在氮气保护下用365nm的紫外光照射10分钟，所形成的低折射层厚度为100±5nm。之后，取二氧化钛溶胶进行旋涂，然后样品放在50℃的热台上处理1分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体，其特征在于，所述高反射一维光子晶体是由作为低折射率层的固化的紫外光固化树脂和作为高折射率层的无机纳米溶胶在基底上交替堆叠形成的有机/无机堆叠周期性层状材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用紫外光固化树脂构筑的高反射一维光子晶体，其特征在于，所述高反射一维光子晶体是由作为低折射率层的固化的紫外光固化树脂和作为高折射率层的无机纳米溶胶在基底上交替堆叠形成的有机/无机堆叠周期性层状材料。


2.根据权利要求1所述的高反射一维光子晶体，其特征在于：所述紫外光固化树脂包括以甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸树脂、超支化丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸树脂或不饱和树脂为主的低聚物；所述无机纳米溶胶为二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅、五氧化二钒、银或金溶胶。


3.根据权利要求1或2所述的高反射一维光子晶体，其特征在于：所述低折射率层的厚度为50～500nm；所述无机纳米溶胶形成的高折射率层厚度在20～200nm。


4.权利要求1-3任一项所述高反射一维光子晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将紫外光固化树脂用稀释剂进行稀释并搅拌混合，得到作为低折射率层材料的紫外光固化树脂前驱体溶液；
（2）制备无机溶胶作为高折射率层材料；
（3）处理基底；
（4）将步骤（1）和步骤（2）所得的材料交替在经步骤（3）处理的基底上进行涂覆和固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱露，文韬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44