【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于结构色与化学色相复合的动态颜色显示材料的制备方法，更具体地，涉及一种基于胶体光子晶体与化学色素相复合的动态颜色显示材料的制备方法。
技术介绍
0、技术背景
1、光子晶体是由不同折光系数的介质周期交替排列而成的光学材料，当光的频率与光子晶体周期性结构相对应时，会阻止该波长的光通过从而被反射出来。当波长范围在可见光区时，光子晶体表现出鲜亮的结构色。根据布拉格方程，光子晶体的结构色可以通过改变晶格间距、介质的有效折射率和入射光角度进行调控。与受环境影响较大的化学色相比，结构色具有永不褪色的特点。
2、粒径分布均一的胶体粒子由于容易在气-液界面处自组装成有序周期结构，因此成为构筑胶体光子晶体的基本单元。与用其它材料制备光子晶体相比，胶体粒子的种类和粒径更容易调控。因此，胶体光子晶体吸引了人们广泛的研究兴趣。将胶体光子晶体嵌入聚合物水凝胶或弹性体中，在力响应、温度响应、湿度响应等的作用下，聚合物形态的变化会引起胶体光子晶体间距发生变化，从而导致其光子带隙的改变，表现为反射波长的红移或者蓝移，从而实现肉眼可见的颜色变化。
3、目前，研究者们对响应性胶体光子晶体材料进行了广泛的研究，但是在其颜色显示范围及颜色灵敏度等方面受到了不同程度的限制。而自然界中生物体的一些最为美丽的颜色是由色素和结构色相结合而产生的。因此，仿生自然界生物体颜色显示机理，制备具有高饱和度和高灵敏度的动态颜色显示材料具有重要应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术提出
2、本专利技术的技术方案提供了一种结构色与化学色素相复合的颜色显示材料的制备方法，具有颜色显示可动态调节，颜色显示范围宽、颜色显示可逆的优点，该方法包括以下步骤：
3、(1)以无机纳米颗粒或聚合物胶体为光子晶体的构筑单元，将色素溶解在胶体分散液中，通过溶剂蒸发法得到光子晶体膜。通过调节色素浓度以及纳米粒子的粒径，可以得到比单一粒径胶体光子晶体更宽范围的颜色显示。
4、(2)制备动态颜色可调的结构色与色素色相复合的水凝胶或弹性体膜。将(1)中的色素复合的光子晶体膜与水凝胶或弹性体相结合，通过外界刺激实现结构色的动态变化，同时实现复合色的宽范围的颜色变化。
5、在一些实施例中，本方案还包括以下方法：
6、(3)先制备具有动态变化的结构色水凝胶或弹性体，然后浸泡到色素溶液中，通过色素在水凝胶/弹性体中的吸附，实现结构色与色素色的复合。
7、(4)用具有刺激响应性的色素与具有固定色的光子晶体复配，实现多颜色动态显示。
8、(5)将具有刺激响应性的色素与具有响应性的胶体光子晶体弹性体相复配，实现宽范围、高灵敏度的颜色动态可逆变化。值得一提的是，在步骤(2)中，包埋光子晶体的水凝胶或弹性体，其结构色的动态变化是通过纳米颗粒之间的间距改变来实现的，不同间距对应显示不同的结构色。
9、在一些实施例中，所述的纳米颗粒为二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的任意一种。且优选地，所述的纳米粒子粒径分散度小于0.05，粒径尺寸范围为100-500纳米。
10、在一些实施例中，所述的色素为水溶性柠檬黄、大红色素、罗丹明b、甲基橙。
11、在步骤(1)中固体光子晶体与所述的色素复合，在一些实施例中色素浓度在纳米粒子分散液中的浓度为0.1-10mg/ml。
12、在步骤(2)中所述的水凝胶，在一些实施例中，为丙烯酰胺、丙烯酸、n-异丙基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯(hea)以及其与水溶性高分子壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇的相复合中的任意一种。在一优选实施例中，水凝胶为丙烯酰胺与壳聚糖的复合水凝胶。
13、在步骤(2)中所述的水凝胶，在一些实施例中，交联剂为n,n’-异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)中的任意一种。
14、在步骤(2)中所述的光引发剂，在一些实施例中为2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
15、在步骤(2)中所述的，在一些实施例中所述的弹性体为聚二甲基硅氧烷(pdms),相对应的色素为油溶性色素。
16、在步骤(2)中结构色的变化是外在刺激改变胶体粒子间间距的变化，包括不限于机械拉伸、温度刺激、磁刺激、ph刺激。在一些实施例中采用机械拉伸改变粒子间距。
17、在步骤(3)中，在一些实施例中，光子晶体水凝胶或弹性体膜浸泡在色素溶液中与之复合，色素溶液浓度为0.1-5.0mg/ml。
18、在步骤(5)中，在一些实施例中，用具有刺激响应性的色素与机械致色光子晶体水凝胶复配，实现颜色动态显示。
19、本专利技术提供了一种根据上述方法制备得到的基于结构色与化学色相复合的动态颜色显示材料的制备方法。与前人技术相比，现有专利技术的优点和积极效果在于：
20、1、本专利技术制备的基于化学色与结构色复配的颜色材料具有较高的颜色饱和度和灵敏度，可实现宽范围的动态颜色变化，而且颜色变化具有可逆性。
21、2、本专利技术无需采用复杂的设备，操作简单可控，制备条件温和，可重复性强。
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1.一种结构色与化学色相复合的、具有动态丰富颜色显示材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的动态结构色与化学色相复合的颜色显示材料的制备方法，其特征在于，所述的胶体纳米粒子为无机胶体纳米粒子，有机胶体纳米粒子中的任意一种；无机纳米粒子为二氧化硅；有机纳米粒子为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的动态结构色与化学色相复合的颜色显示材料的制备方法，其特征在于，所述化学色素水溶性染料中的任意一种；可以为普通有机染料如柠檬黄、大红色素；也可以为荧光染料如罗丹明B或6G，以及具有pH响应性变色的甲基橙中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的动态结构色与化学色相复合的颜色显示材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物前驱体溶液为水溶性聚合物前驱体，以及与水溶性高分子相复合的聚合物前驱体溶液，单体为丙烯酰胺、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇类带双键单体中的任意一种；也可以与其它水溶性高分子相复合，水溶性高分子为壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的固态
6.根据权利要求1所述的固态结构色与化学色相复合的颜色显示材料的制备方法，其特征在于，形成固体光子晶体与化学色素相复合的变色材料的方法为溶剂蒸发法，可以为沉淀蒸发、旋转蒸发、垂直沉积中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的结构色与化学色相复合的变色材料的制备方法，其特征在于，胶体光子晶体的载体为具有力响应的水凝胶。
8.根据权利要求1所述的结构色与化学色相复合的变色材料的制备方法，其特征在于，通过调节色素浓度调节光子晶体材料的颜色显示范围、颜色饱和度以及颜色灵敏度。
9.根据权利要求1所述的结构色与化学色相复合的变色材料，其特征在于，具有较高的颜色饱和度和灵敏度，可实现宽范围的动态颜色变化，且颜色变化具有可逆性。
10.根据权利要求1所述的结构色与化学色相复合的变色材料，可应用于颜色显示、防伪、传感、检测等领域。
...【技术特征摘要】
1.一种结构色与化学色相复合的、具有动态丰富颜色显示材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的动态结构色与化学色相复合的颜色显示材料的制备方法，其特征在于，所述的胶体纳米粒子为无机胶体纳米粒子，有机胶体纳米粒子中的任意一种；无机纳米粒子为二氧化硅；有机纳米粒子为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的动态结构色与化学色相复合的颜色显示材料的制备方法，其特征在于，所述化学色素水溶性染料中的任意一种；可以为普通有机染料如柠檬黄、大红色素；也可以为荧光染料如罗丹明b或6g，以及具有ph响应性变色的甲基橙中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的动态结构色与化学色相复合的颜色显示材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物前驱体溶液为水溶性聚合物前驱体，以及与水溶性高分子相复合的聚合物前驱体溶液，单体为丙烯酰胺、丙烯酸、n-异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇类带双键单体中的任意一种；也可以与其它水溶性高分子相复合，水溶性高分子为壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇中的任意一种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：夏永清，周洁，梁金辉，孟亚茹，朱丽倩，王生杰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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