【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构色材料领域，具体涉及一种图案化的手性结构色材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，手性材料由于其具有圆二色性、旋光性(偏振旋转)、压电、铁电、倍频、热释电以及拓扑量子等一系列的本征性质，获得了极大关注，并且在光电器件、不对称催化、手性识别/传感、对映体分离以及信息存储等领域得到了广泛应用。手性(chirality)是指一个物体不能与其镜像相重合的性质，它是自然界的一种基本属性。从简单的小分子、聚合物、生物大分子到超分子聚集体，再到自然界中的螺旋生物体，具有手性的材料无处不在。
2、目前，研究者开发出了许多方法制备更高性能的手性材料，主要分为两大类：(1)自上而下的微加工制备方法(justyna k.gansel et al.gold helix photonicmetamaterial as broadband circular polarizer.science.,2009,325,1513-1515)。利用先进的微纳加工技术制备的手性材料通常具有很高的光学活性，然而这些加工技术需要昂贵的设备以及复杂和精密的加工流程，因此制备成本很高，难以大面积普及使用；(2)自下而上的组装方法。这类方法通常是使用手性模板来诱导构筑单元形成螺旋排列结构，例如液晶、手性超分子等。与微纳加工方法相比，该方法成本低、可大规模制备。但是，自组装过程通常是耗时的，且具有不稳定性，组装过程中的缺陷无法避免，通常难以大面积制备等。这些不足大大限制了它们的实际应用。因此，本领域亟需一种简单、成本低且具有普适性的手性材料的
3、cn110790219a公开了一种手性光子晶体材料及其制备方法和应用。该方法采用纳米线通过逐层组装的方法制备了多层呈螺旋结构的纳米线组装层，具有很强的光学活性。通过控制相邻两层纳米线组装层的取向的夹角，可以控制手性光子晶体材料的结构，从而控制光子带隙位置。然而，这种制备方法十分耗时，并且需要精确调控两层纳米线组装层的取向的夹角才能实现光子带隙的调整。
4、文献(journal of the american chemical society,2018,140,16446–16449)报道了一种手性介质反蛋白石光子晶体材料。他们以二氧化硅纳米球组装的光子晶体为模板，通过浸润手性聚合物前驱体溶液，制备了三维手性聚合物反蛋白石光子晶体。该手性介质反蛋白石光子晶体材料在光学禁带处出现了新的圆二色信号，并且r和s对映异构体的圆二色信号相反。此外，随着构筑光子晶体模板的二氧化硅纳米球粒径的增加，手性介质反蛋白石光子晶体材料的光学禁带位置和新出现的圆二色信号不断红移。然而，该方法需要提前合成粒径均一的纳米胶体颗粒，而且由于组装过程的不稳定性，组装缺陷无法避免等。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的手性材料存在的问题，本专利技术提供一种图案化的手性结构色材料及其制备方法和应用，该图案化的手性结构色材料具有手性可控，结构色可调的效果，同时其制备方法简单普适，成本低廉，适合大规模生产。
2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种图案化的手性结构色材料，其中，该图案化的手性结构色材料由透明材料制备，表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生手性和结构色。
3、在本专利技术中，优选地，所述透明材料包含无机材料、有机材料和复合材料中的一种或多种。
4、优选地，所述无机材料为玻璃、硅、石英、氧化铝和氟化钙中的一种或多种。
5、优选地，所述有机材料为聚苯乙烯、纤维素纳米晶、羟丙基纤维素、聚乙二醇、聚乳酸、嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
6、优选地，所述复合材料为玻璃钢、pva/sio2和聚甲基丙烯酸甲酯/纳米sio2复合材料中的一种或多种。
7、优选地，所述穹顶结构为一个以上；更优选地，所述穹顶结构为多个；进一步优选地，所述穹顶结构阵列分布。
8、优选地，所述穹顶结构的直径为500nm-100μm，更优选为5-30μm；
9、优选地，所述穹顶结构阵列分布时，相邻穹顶结构的间距为0-500μm，更优选为0-10μm。
10、优选地，所述穹顶结构的曲率角为40-150°，更优选为60-120°，进一步优选为70-100°。
11、优选地，所述手性结构色材料在不同角度时的透射、反射、散射或辐射光谱强度或分布各不相同。
12、优选地，所述手性结构色材料的反射光谱谱峰位置范围为200-15000nm；更优选地，所述手性结构色材料的反射光谱谱峰位置范围为310-1050nm；进一步优选地，所述手性结构色材料的反射光谱谱峰位置范围为390-780nm。
13、根据本专利技术第二方面，提供本专利技术第一方面所述的具有穹顶结构的图案化的手性结构色材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤，
14、1)制备具有凹坑结构的模板的步骤；
15、2)在步骤1)得到模板的具有凹坑结构的一面上填充透明手性材料后并使其固化的步骤；
16、3)将所述模板与固化后的手性结构色材料进行分离的步骤。
17、优选地，所述具有凹坑结构的模板的制备方法选自刻蚀法、呼吸图案法、光刻法、纳米压印法、电子束刻蚀法、聚焦离子束刻蚀法、双光子聚合法和微球组装法中的一种或多种。
18、根据本专利技术第三方面，提供本专利技术第一方面所述的图案化的手性结构色材料在制备光电传感器、手性药物分离设备、防伪加密标签、量子计算器、3d成像、生物传感器、电磁隐身衣和手性催化剂等中的应用。
19、通过上述技术方案，本专利技术的手性结构色材料具有手性、结构色和穹顶结构特征，其中，结构色为穹顶结构经过全内反射产生的颜色，具有永不褪色、环保等优点。此外，该手性结构色材料可以在两个相互正交的方向分别反射左圆偏振光和右圆偏振光，表现出较强的手性光学响应，其中，左(右)圆偏振光为入射线偏振光经全内反射后产生。
20、进而，本专利技术通过控制穹顶结构的直径，以控制手性结构色材料的全内反射结构，从而调控结构色，实现光学活性在紫外、可见以及近红外区宽波段可调。
21、进而，本专利技术通过改变穹顶结构的曲率角和间距，以控制手性结构色材料的整体手性，光学活性强。
22、并且，本专利技术的制备方法简单普适，成本低廉，结构色可调、适合大规模生产。
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1.一种图案化的手性结构色材料，其特征在于，该图案化的手性结构色材料由透明材料制备，表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生手性和结构色。
2.根据权利要求1所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述透明材料包含无机材料、有机材料和复合材料中的一种或多种；
3.根据权利要求1所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述穹顶结构为一个以上；优选地，所述穹顶结构为多个；更优选地，所述穹顶结构阵列分布。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述穹顶结构的直径为500nm-100μm，优选为5-30μm。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述穹顶结构阵列分布时，相邻穹顶结构的间距为0-500μm，优选为0-10μm；
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述手性结构色材料在不同角度时的透射、反射、散射或辐射光谱强度或分布各不相同。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述手性结构色材料的反射光谱
8.一种具有穹顶结构的图案化的手性结构色材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
9.根据权利要求8所述的图案化的手性结构色材料的制备方法，其中，所述具有凹坑结构的模板的制备方法选自刻蚀法、呼吸图案法、光刻法、纳米压印法、电子束刻蚀法、聚焦离子束刻蚀法、双光子聚合法或微球组装法中的一种或多种。
10.权利要求1-7中任意一项所述的图案化的手性结构色材料在制备光电传感器、手性药物分离设备、防伪加密标签、量子计算器、3D成像、生物传感器、电磁隐身衣和手性催化剂中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种图案化的手性结构色材料，其特征在于，该图案化的手性结构色材料由透明材料制备，表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生手性和结构色。
2.根据权利要求1所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述透明材料包含无机材料、有机材料和复合材料中的一种或多种；
3.根据权利要求1所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述穹顶结构为一个以上；优选地，所述穹顶结构为多个；更优选地，所述穹顶结构阵列分布。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述穹顶结构的直径为500nm-100μm，优选为5-30μm。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的图案化的手性结构色材料，其中，所述穹顶结构阵列分布时，相邻穹顶结构的间距为0-500μm，优选为0-10μm；
6.根据权利要求1-3中任意一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明珠，赖欣涛，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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