光子晶体薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种光子晶体薄膜及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1、制备聚合物纳米微球乳液；S2、对聚合物纳米微球乳液干燥，得到纳米微球团聚体；S3、将纳米微球团聚体投入开炼机内，得到连续片材；S4、连续片材与上下两层包覆膜复合后，经辊压处理，得到复合膜材；S5、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，得到位于上下两层包覆膜之间的聚合物纳米微球三维有序排列的光子晶体薄膜；采用以上方案，使开炼的微环境更加洁净，简化清洗过程且避免由于清洗过程不彻底而导致的残留物对新挤出物料的污染的情况，同时避免由于材料流动性差而导致片材成型效率过低的情况，以提高光子晶体薄膜制备的效率，并且可减少制备聚合物微球时单体选择的局限性。

【技术实现步骤摘要】
光子晶体薄膜及其制备方法
本专利技术涉及光学功能材料领域，具体是涉及一种光子晶体薄膜及其制备方法。
技术介绍
现有的光学功能材料产生色彩的原理之一为：吸收型的有机颜料或无机颜料通过青、红和黄三基色减色法的方式混合调配出各种色相的色彩。传统的涂层产生光泽的方式主要来源于涂层表面的镜面反射，受到涂层表面粗糙度的影响(即涂层表面接近镜面的程度)。光线射到物体表面上时，物体表面的粗糙度越小则被反射的光线越多，光泽度越高。相反地，如果物体表面凹凸不平，被散射的光线增多，则导致光泽度降低。这种镜面反射方式产生的光不存在波长选择性，因而其光泽也不具备色光性。典型的由金属或合金的颗粒或薄片经过磨细而制得的金属颜料，能够产生金属般效果光泽，但其呈现的光泽种类仍不能脱离原有金属的色相限制，也使得绝大多数金属颜料仍主要呈银白色或金色、古铜色等的普通光泽。20世纪60年代，人们通过涂敷金属氧化物在云母片的方式制备出具有珠光效果的颜料，它基于光学干涉原理，可展现出如珍珠般的特殊柔和光泽效果，且具有一定的变光效果。但珠光染料的生产属于高能耗、重污染重行业，且色彩受限较大，蒸镀工艺的限制也使得产生光泽色的范围较窄，这都限制了其应用。光子晶体是一种不同介质常数且空间呈周期性分布的新型光学材料，自1987年问世以来，由于其特殊的光调控性能，在光学、电子学、化学、生物化学等领域有着广泛的应用前景。光子晶体呈色的原理是光线经过周期性结构的布拉格衍射调制，通过反射、折射及衍射光子晶体本身的光可以得到对应的结构色，即光子晶体的周期性结构的特性可以对入射光的角度和观察的角度有不同的延伸相应。这种显色工艺简单、稳定、廉价、环保无污染，且具有颜色随可视角度变幻、调控范围宽且方便、色彩持久等优势。现有的光学材料的光学特性是通过内部的纳米微球结构对光纤的选择性反射，即完全和不完全光子禁带实现。现有技术中，由三维有序堆积排列的聚合物纳米微球形成的光学薄膜的制备方法具有多种，如公告号为CN111363393A、名称为“一种用于制备光子晶体薄膜的涂层组合物、光子晶体薄膜及制备方法”的中国专利技术专利中公开将包括纳米微球的涂层组合物涂布在基材上并烘干后覆盖至保护膜基材得到复合薄膜，将该复合薄膜经往复序构规整化处理，得到内层具有光子晶体结构的复合薄膜。又如公告号为CN111522080A、名称为“一种基于光子晶体材料的防蓝光保护膜”的中国专利技术专利公开将核壳结构微球的固体粉末通过密炼机或螺杆挤出机加工，形成一定宽度和厚度的聚合物膜，将其放在上下两层PET膜中间，经过微应力辊压使上下表面平整，然后经过震荡剪切规整化设备，使微球按要求结构排列在壳层形成的连续基质中，收卷手得到光子晶体防蓝光薄膜。在该光子晶体防蓝光薄膜的制备过程中，通过密炼机或螺杆挤出机在常温到高温范围内对固体粉末进行加工时，由于核壳结构的聚合物微球的粘性，微球容易残留在螺杆挤出机内，并且螺杆挤出机内的螺杆处于密封的空间内，难以对螺杆进行清洗，影响螺杆后续加工质量。在进行部分聚合物纳米微球时，由于其流动性差，使螺杆挤出机的挤出效率低，难以满足大规模工业生产的产量需求。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种高效且洁净的光子晶体薄膜制备方法。本专利技术的第二目的是提供一种由上述制备方法制备得到的光子晶体薄膜。为了实现上述的第一目的，本专利技术提供的光子晶体薄膜制备方法包括以下步骤：S1、制备聚合物纳米微球乳液；S2、对聚合物纳米微球乳液干燥，得到纳米微球团聚体；S3、将纳米微球团聚体投入开炼机内，得到连续片材；S4、连续片材与上下两层包覆膜复合后，经辊压处理，得到复合膜材；S5、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，得到位于上下两层包覆膜之间的聚合物纳米微球三维有序排列的光子晶体薄膜。由上述方案可见，由于开炼机的两个辊筒外露，在使用开炼机对聚合物纳米微球进行炼胶时，开放式的练胶环境更加方便对辊筒进行清洗，使得开炼的微环境更加洁净，避免以往挤出过程中复杂的螺杆和腔体清洗过程，以及清洗过程不彻底导致的残留物对新挤出物料的污染的情况，并且开炼机内两个转速不同的辊筒将聚合物纳米微球带入两个辊筒之间，并且聚合物纳米微球包覆在其中一个辊筒上，在不断翻动反复开炼的过程中，在压力和剪切力的作用下，得到片材，从而该过程中能够对少量的纳米微球团聚物也能挤出成型，并且对制备聚合物纳米微球的起始原料单体的熔融指数的限制大大放宽，避免由于流动性差而导致以往双螺杆挤出过程片材成型效率过低的情况，以提高光子晶体薄膜制备的效率，并且可减少对制备聚合物微球中单体的选择的局限性；将片材经过振动剪切规整设备后，使纳米微球完成三维有序排列，得到的光子晶体薄膜具有光学特性。进一步的方案是，在S2中，将聚合物纳米微球乳液干燥至含水量小于5％，优选地，将聚合物纳米微球乳液干燥至含水量小于2％，更优选地，将聚合物纳米微球乳液干燥至含水量小于1％，得到纳米微球团聚体。可见，当含水量大于5％，开炼过程中的水的存在对于物料剪切的影响非常大，使物料无法很好地与辊筒结合，大量的水泡气泡在辊筒的表面与物料间形成了空隙，导致无法制备得到均匀的片材，而水含量越低，依次进行开炼、辊压和震动剪切规整后得到的光子晶体薄膜内部的微球的排列越规整，结构周期性越好，折光指数分布越均匀，因此光子晶体薄膜的光学特性越好。进一步的方案是，开炼机包括第一辊筒和第二辊筒，所述第一辊筒与所述第二辊筒相对回转，第一辊筒的转速小于第二辊筒的转速，第一辊筒与第二辊筒的转速比为1:1.1～1：1.5，其中第一辊筒的转速为10rpm～20rpm，第二辊筒的转速为11rpm～30rpm，优选地，第一辊筒的转速为15rpm，第二辊筒的转速为20rpm。可见，第一辊筒与第二辊筒之间的转速差使得纳米微球团聚体在开炼后快转速辊筒上收料，在第一辊筒一定的转速下，第一辊筒与第二辊筒之间的转速差越大，第一辊筒与第二辊筒之前的剪切力越强后，在一定量的反复开炼循环后，对物料的剪切越彻底，也越均匀，连续片材内部的结构越均匀，光子晶体薄膜的光学特性越好。进一步的方案是，第二辊筒的辊筒温度大于等于第一辊筒温度，第一辊筒与第二辊筒之间的温度差为0℃～25℃，可见，第一辊筒与第二辊筒之间的温差越大，第一辊筒与第二辊筒之间的剪切力越大，最终得到的光子晶体薄膜的光学特性更好。进一步的方案是，第一辊筒的辊筒温度为10℃～75℃，第二辊筒的辊筒温度为25℃～100℃，优选地，第一辊筒的辊筒温度是25℃，第二辊筒的辊筒温度是45℃。可见，在开炼过程中，纳米微球团聚体往更高温转速更快的第二辊筒收料，第一辊筒的温度越高，开炼效果更好，最终得到的光子晶体薄膜的光学特性更好。进一步的方案是，第一辊筒与第二辊筒之间的间距为1mm～10mm。可见，第一辊筒与第二辊筒之间的间距越小，剪切力越大的同时，压力越大，而且开炼效率也相应越低，第一辊筒与第二辊筒之间的间距在该范围内，能够使开炼保持在一定效率的同时，产生的剪切力使得最终得到的光子晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光子晶体薄膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、制备聚合物纳米微球乳液；/nS2、对所述聚合物纳米微球乳液干燥，得到纳米微球团聚体；/nS3、将所述纳米微球团聚体投入开炼机内，得到连续片材；/nS4、所述连续片材与上下两层包覆膜复合后，经辊压处理，得到复合膜材；/nS5、将所述复合膜材经过震荡剪切规整设备，得到位于上下两层所述包覆膜之间的所述聚合物纳米微球三维有序排列的光子晶体薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.光子晶体薄膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备聚合物纳米微球乳液；
S2、对所述聚合物纳米微球乳液干燥，得到纳米微球团聚体；
S3、将所述纳米微球团聚体投入开炼机内，得到连续片材；
S4、所述连续片材与上下两层包覆膜复合后，经辊压处理，得到复合膜材；
S5、将所述复合膜材经过震荡剪切规整设备，得到位于上下两层所述包覆膜之间的所述聚合物纳米微球三维有序排列的光子晶体薄膜。


2.根据权利要求1所述的光子晶体薄膜制备方法，其特征在于：
在S2中，将所述聚合物纳米微球乳液干燥至含水量小于5％，得到所述纳米微球团聚体。


3.根据权利要求1所述的光子晶体薄膜制备方法，其特征在于：
所述开炼机包括第一辊筒和第二辊筒，所述第一辊筒与所述第二辊筒相对回转，所述第一辊筒的转速小于所述第二辊筒的转速，第一辊筒与第二辊筒的转速比为1:1.1～1：1.5。


4.根据权利要求2所述的光子晶体薄膜制备方法，其特征在于：
所述第二辊筒的辊筒温度大于或等于所述第一辊筒温度，所述第一辊筒与第二辊筒之间的温度差为0℃～25℃。


5.根据权利要求4所述的光子晶体薄膜制备方法，其特征在于：
所述第一辊筒的辊筒温度为10℃～75℃。


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【专利技术属性】
技术研发人员：田丰，赵国伟，
申请(专利权)人：珠海光驭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44