一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及显示材料领域，具体涉及一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法，包括基底及束缚于所述基底的温敏响应性光子晶体凝胶膜，所述温敏响应性光子晶体凝胶膜是由温敏响应性凝胶基体和固定在其中的磁性光子晶体弹性纳米链构成。本发明专利技术的光子晶体薄膜，随温度变化，颜色在两个色系内转变。在温度诱导区间内，其颜色基本不变；诱导区间后，随温度升高，光子带隙发生蓝移，其颜色向另一色系转变，直至发生体积相转变，颜色消失。本发明专利技术的制备方法，将磁性光子纳米弹性链分散在温敏响应性凝胶预聚液中，涂覆在基底表面，结合磁取向技术和固化反应，得到基底束缚的凝胶薄膜，制作周期短，方法简单、易操作。

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法
本专利技术涉及显示材料制备的
，具体涉及一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法。
技术介绍
基于智能响应性水凝胶的光子晶体膜是将由单分散胶体纳米颗粒形成的有序微纳结构固定在智能响应性水凝胶中，利用水凝胶对外界环境的感知，使光子晶体晶格间距、折射率发生改变，从而把响应信号转化为肉眼可见的颜色信号，在传感、检测、防伪等领域有着广泛的应用。如《美国化学会—应用材料与界面》(ACSAppl.Mater.Interfaces2017年，第9卷，27927页)将PS纳米粒子固定在PNIPAM薄膜中，利用水凝胶的形变引起晶格间距的变化。当温度从25℃升高到35℃时，光波长从红色(650nm)蓝移到蓝色(500nm)。《先进光学材料》(Adv.OpticalMater.2018年，第6卷，第1701093页)报道了一种新型固体磁色光子水凝胶，将Fe3O4@SiO2纳米粒子固定在热敏水凝胶NIPAM中，当温度从13℃升高到33℃时，水凝胶颜色由绿色(577nm)变为紫色(469nm)。自然界中，常见的颜色都是在两三种颜色之间变化，如随四季交变，树叶一般是由绿变黄或变红，随地理位置的不同，土壤的颜色会有红色和黄色。然而，目前直接将单分散胶体纳米颗粒形成的有序微纳结构固定在凝胶基体制备方法得到的凝胶，其晶格间距的改变与水凝胶的变形同步，很容易被改变，从而使颜色在很短的温度区域内，颜色变化范围跨越了整个可见光，甚至红移/蓝移到红外区/紫外区而失色。此外，在凝胶感知外界刺激发生体积改变时，有序结构很容易被破坏，膜的饱和度并不高。饱和度低、颜色不易调控等这些问题也使得此类光子晶体水凝胶在制作传感、自适应伪装材料等方面的应用中具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其随温度变化，其颜色在两个色系内转变。在温度诱导区间内，其颜色基本不变；诱导区间后，随温度升高，光子带隙发生蓝移，其颜色向另一色系转变，直至发生体积相转变，其颜色消失。诱导区间诱导区间本专利技术的目的之二在于提供一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜的制备方法，制备工艺简便，易于调节。本专利技术实现目的之一所采用的方案是：一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，包括基底及束缚于所述基底的温敏响应性光子晶体凝胶膜，所述温敏响应性光子晶体凝胶膜是由温敏响应性凝胶基体和固定在其中的磁性光子晶体弹性纳米链构成。优选地，所述磁性光子晶体弹性纳米链包括凝胶壳层及包覆在其中的超顺磁Fe3O4@PVP胶体纳米粒子，所述超顺磁Fe3O4@PVP胶体纳米粒子的直径为80-300nm。优选地，所述凝胶壳层为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种聚合之后的产物。优选地，所述温敏水凝胶基体为N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种聚合后的产物，其中N-异丙基丙烯酰胺的用量为50wt％-100wt％。优选地，所述磁性光子晶体弹性纳米链在预聚液中的浓度范围为0.4～1.6g/mL。优选地，所述具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜随温度变化，其颜色在两个色系内转变；在温度诱导区间内，其颜色基本不变；诱导区间后，随温度升高，光子带隙发生蓝移，其颜色向另一色系转变，直至发生体积相转变，其颜色消失。诱导区间诱导区间本专利技术实现目的之二所采用的方案是：一种所述的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将单分散的超顺磁纳米粒子与凝胶壳层的聚合单体、引发剂以及交联剂在溶剂中混合均匀得到混合液，在磁场的诱导下，固化得到磁性光子晶体弹性纳米链；(2)将步骤(1)所得的磁性光子晶体弹性纳米链与温敏响应性凝胶基体的功能单体、引发剂以及交联剂在溶剂中混合均匀得到预聚液；(3)将步骤(2)所得的预聚液涂覆在经亲水处理后的基底表面，施加磁场、固化预聚液，制备得到所述具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜。优选地，所述步骤(1)中，超顺磁纳米粒子为超顺磁Fe3O4@PVP胶体纳米粒子，其在混合液中的浓度为0.4～1.6g/mL，聚合单体为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种，聚合物单体在混合液中的浓度为0.050～0.100g/mL；所述步骤(2)中，功能单体为N-异丙基丙烯酰胺与N-羟甲基丙烯酰胺，其在混合液中的浓度为1.5～5g/mL，二者质量比为10：0～5：5。优选地，所述步骤(1)中，引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、或2,2-二乙氧基苯乙酮、过硫酸铵的任意一种，用量为所述聚合单体总质量的1wt％～6wt％；交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯或N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，交联剂的用量为所述聚合单体总质量的1wt％～10wt％；溶剂为水和乙二醇的混合液；磁场大小为150-1000Gs。优选地，所述步骤(2)中，预聚液中磁性光子晶体弹性纳米链的浓度为0.4～1.6g/mL；引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、或2,2-二乙氧基苯乙酮、过硫酸铵的任意一种，用量为所述功能单体质量的1wt％～6wt％；交联剂为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯，交联剂的用量为所述功能单体的质量的1wt％～8.00wt％；溶剂为水或者乙醇和水的混合溶液。优选地，所述步骤(3)中，磁场为250～600Gs。本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，随温度变化，颜色在两个色系内转变。在温度诱导区间内，所述光子晶体薄膜的颜色基本不变不发生改变；过了诱导区间后，随温度升高，光子带隙发生蓝移，所述光子晶体薄膜的颜色向另一色系转变，直至发生体积相转变，颜色消失。诱导区间诱导区间。磁性光子晶体弹性纳米链作为显色基元分散在温敏水凝胶中，当温度升高或者变低时，温敏水凝胶会有收缩或者膨胀的形变响应。在诱导区间内，温敏凝胶基体发生的形变产生的力不足以使纳米链发生形变，使光子带隙不会发生移动，(此处定义“不发生移动”为光谱移动范围在10nm之内，因为人眼能够分辨的光谱移动范围为10nm)水凝胶整体颜色保持不变；当形变较大时，组成光子晶体弹性纳米链的凝胶壳层会受到挤压或拉伸，从而使纳米粒子的晶格间距变小或增大，造成宏观上颜色的蓝移或红移，从而使颜色发生变化。(2)本专利技术的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，将磁性光子晶体弹性纳米链分散固定在温敏响应性凝胶中，并束缚于基底，在使用时与直接粒子填充的温敏响应性水凝胶不同，磁性光子晶体弹性纳米链在变形/回复时会保持更好的有序性，饱和度高，并且束缚在基底的温敏响应性光子晶体凝胶膜在变形时只沿凝胶膜厚度方向进行一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其特征在于：包括基底及束缚于所述基底的温敏响应性光子晶体凝胶膜，所述温敏响应性光子晶体凝胶膜是由温敏响应性凝胶基体和固定在其中的磁性光子晶体弹性纳米链构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其特征在于：包括基底及束缚于所述基底的温敏响应性光子晶体凝胶膜，所述温敏响应性光子晶体凝胶膜是由温敏响应性凝胶基体和固定在其中的磁性光子晶体弹性纳米链构成。


2.根据权利要求1所述的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其特征在于：所述磁性光子晶体弹性纳米链包括凝胶壳层及包覆在其中的超顺磁Fe3O4@PVP胶体纳米粒子，所述超顺磁Fe3O4@PVP胶体纳米粒子的直径为80-300nm。


3.根据权利要求2所述的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其特征在于：所述凝胶壳层为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种聚合之后的产物。


4.根据权利要求1所述的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其特征在于：所述温敏水凝胶基体为N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种聚合后的产物，其中N-异丙基丙烯酰胺的用量为50wt％-100wt％。


5.根据权利要求1所述的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其特征在于：所述具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜随温度变化，其颜色在两个色系内转变；在温度诱导区间内，其颜色基本不变；诱导区间后，随温度升高，光子带隙发生蓝移，其颜色向另一色系转变，直至发生体积相转变，其颜色消失诱导区间诱导区间。


6.一种如权利要求1-5中任一项所述的具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将单分散的超顺磁纳米粒子与凝胶壳层的聚合单体、引发剂以及交联剂在溶剂中混合均匀得到混合液，在磁场的诱导下，固化得到具有弹性的磁性光子晶体弹性纳米链；
(2)将步骤(1)所得的磁性光子晶体弹性纳米链与温敏响应性凝胶基体的功能单体、引发剂以及交联剂在溶剂中混合均匀得到预聚液；
(3)将步骤(2)所得的预聚液涂覆在经亲水处理后的基底表面，施加磁场、固化预聚液，制备得到所述具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：马会茹，闫鹤轩，李刚，陈继涛，罗巍，官建国，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42