【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属新材料，具体涉及一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法及应用。
技术介绍
1、随着化石资源的日渐枯竭，以及过度开采对环境污染严重等问题，生物材料已跨过原料量产的“瓶颈”，正席卷诸多终端应用市场。生物材料的改性、链接研发、生产，是当前迫切需要解决的关键过程。例如：生物基树脂聚乳酸(pla)、聚羟基脂肪酸(pha)、聚呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)以及生物基尼龙树脂(pa56、pa66、pa1012、pa1011)等。作为新一代生物基树脂应用时，由于其性能短板，在作为工程塑料、纺织面料应用时需要针对性研发。
2、生物基化学纤维pla、pha、pef、ptt、pa56、pa1012、pa1010等存在不易染色、染色不均匀的色差问题。技术上补链、强链、延炼是生物基树脂纺丝市场应用所需要的。
3、本专利技术属新材料
，具体涉及一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法及应用。
4、光子晶体是指不同介电常数的物质，周期性排列而成的微纳米粒子，通过布拉格衍射而实现对特定波长光的禁阻，又称为光子带隙材料，其最显著的特征是光子禁带，当可见光(380nm-760nm)落入禁带时，特定波长的光不能通过，而在表面发生相干衍射，产生绚丽的结构色。与传统的染料或者颜料的色素着色不同，结构色具有高亮度、高饱和度、无色差、永不褪色等特征。
5、通过调控光子晶体中周期性排列材料的介电常数；调控其他空间排列晶格间距都可以操纵光路，实现多
6、以胶体微球为结构单元通过自组装方法构建光子晶体结构如，二氧化硅(sio2)、二氧化钛(tio2)、三氧化二铝(al2o3)、聚苯乙烯(ps)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、二氧化硅包覆聚苯乙烯(sio2@ps)、二氧化硅包覆二氧化钛(sio2@tio2)、二氧化钛包覆二氧化硅(tio2@sio2)、二氧化硅包覆甲基丙烯酸甲酯(sio2@pmma)、硫化锌(zns)、硫化银(ag2s)的研究有大量的报道，但是这些结构光子晶体报道中应用的基质材料几乎都是平整、光滑、透明的硬质材料，而对双光子晶体结构色通过粒径可控生色；且在聚酯(pet、ptt等)、聚酰胺(nylon)纺织品柔性材料上的应用报道很少。
7、微球的粒径是决定光子晶体结构色的主要因素之一，而微球的单分散性则是决定光子晶体结构规整性的重要因素。粒径越小，表面能越大，越易团聚。二氧化钛(tio2)微粒表面能有效的吸收光能，激发禁带电子跃迁，从而产生电子-空穴对，直接氧化表面吸附的有机物或高分子材料(如尼龙)，使有机物或高分子物质分解、降解。在纺织品中的应用受到制约，双光子晶体sio2@tio2，通过粒径调控和微尺寸包覆，不仅可以通过壳层上羟基对高分子有机物进行功能性接枝，又能对tio2表面自由基氧化加以控制。二氧化硅(sio2)微粒表面因富含羟基，所以壳层二氧化硅不仅对有机高分子材料具有良好的兼容性，还容易进行功能化修饰，赋予纳米晶双光子材料以特定的性质，如亲水和疏水性、有机物中分散性、增强、增韧、粘度调控、可染、可纺性等。
8、传统二氧化钛(tio2)、二氧化硅(sio2)的纳米微球，也作为光子晶体结构色、制成200nm-400nm之间在聚酯(如涤纶)、聚酰胺(如锦纶、pa66、pa56)等作为消光、半消光添加，添加量1.0-3.0％。如何调控包覆的双光子粒径对应成消光色、半消光色、或绚丽的结构色，以及更好匀染性、无色差，在柔性纺织面料上的应用，没有相关专利。
9、结合市场需求，要解决现有技术中存在的难题，急待找到一条进行规模生产，切实可行的，一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法及应用。双层光子晶体具有更多的调控位点和更多的颜色转换特性，采用重力沉淀或机械混合、自组装法，在聚酯丝、锦纶丝、尼龙66纤维、以及生物基尼龙在pa56、pa1012、pa1010等织物上构建三维有序的sio2@tio2双光子晶体结构，以获得消光色、半消光色或色泽鲜明的结构色；同时，坚硬的壳层sio2表面富含羟基进行功能化修饰，更易于在较粘的尼龙熔体中分散还起到补强、增韧、耐磨的效果。
10、因此，针对以上问题和需求，提供一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法及应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法及应用；解决了二氧化硅(sio2)、二氧化钛(tio2)单光子晶体空间排列晶格间距不好调控；以及二氧化钛(tio2)吸收光能产生电子跃迁的自由基氧化特征致使有机物高分子破坏的问题；双光子二氧化硅(sio2)包覆二氧化钛(tio2)，sio2@tio2壳层的sio2表面羟基功能化修饰，赋予纳米晶双光子材料以特定的性质如亲水性、疏水性、高分子有机物中的分散性，对聚酯(pet、ptt)、聚氨酯(pa)高端纺织面料的消光、半消光、结构色、调控增强、增韧，可染均匀性等关键性指标的提升。
2、为了达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案
3、一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法及应用,包括如下三个步骤：
4、步骤一，将一定粒径和质量的气相二氧化钛(tio2)作为单光子晶体的种子分散于乙醇溶液中，再加入具有纳米粒子导向功能的分散性表面活性剂和水溶性碱性物质，搅拌，得到混合均匀的混合液，泵入高压水热釜中后，对高压水热釜进行充氮气，置换空气，重复3-4次操作，加热升温140-160℃，压力控制0.8-1.2mpa，搅拌转速60-120r/min，在高压水热釜内，形成tio2单光子晶体的种子液体。
5、步骤二，向步骤一所得混合液中，用高压泵泵入定量无金属离子的硅源溶液，加料的摩尔量折合成sio2计算为：sio2:tio2＝20-30:1.0-3.0,在控温140-160℃，压力0.8-1.2mpa，搅拌转速60-120r/min的条件下，反应2-4h，再停止搅拌，保温、保压下，晶化10-20h。在这个过程中通过反应液ph值的变化，投料比例、压力及晶化时间控制形成双光子晶体的粒径及形貌。
6、步骤三，将步骤二反应液，降温到30-80℃，泄压，并收集乙醇。继续降温到室温，对反应液进入膜过滤、洗涤、无尘热风气流烘干或气流磨粉碎，得到sio2@tio2双层光子晶体材料。
7、上述技术方案步骤(1)中，作为单光子晶体种子的气相二氧化钛(tio2)是锐钛型(anatase)和金红石型(rutite)两种结晶形态的混合体。平均粒径20nm，比表面积50±15㎡/g。两种晶型混合增大了tio2晶格晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电子空穴数量增加，使二氧化硅(sio2)更容易在其表面有效，均匀的包覆，避免了凝胶现象，同时可以调控双光子晶体粒径尺寸。它能透过可见光，又能吸收紫外光(190nm-400nm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体制备方法，其特征在于所述的作为种子晶体的二氧化钛(TiO2)是锐钛型(Anatase)和金红石型(Rutite)两种结晶形态的混合体；平均粒径20nm，比表面积50±15㎡/g。
3.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体制备方法，其特征在于，双光子晶体的壳层是SiO2，硅源溶液包括：无金属离子的硅溶胶、无金属离子的硅酸四乙酯和硅酸四甲酯，以及其他的原硅酸酯类。
4.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体制备方法，其特征在于加入具有纳米粒子导向功能的分散表面活性剂包括：阴离子型、阳离子型、非离子型或双子表面活性剂(Gemini)等一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体制备方法，其特征在于加入水溶性碱性物质包括：氨水(NH3·H20)、氢氧化钠(NaOH)、
6.据权利要求1所述的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体制备方法，其特征在于步骤二中，所述SiO2@TiO2双层光子晶体材料的内层TiO2纳米粒子的粒径为20nm外层SiO2纳米粒子的粒径是包覆有TiO2粒子的双层光子晶体，粒径为21-550nm。
7.据权利要求1所述的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体制备方法，其特征在于步骤二中，反应液的PH值与步骤(1)中，加入水溶性碱性物质的量有关，控制PH＝8.0-9.2，优选PH＝8.5-9.0。
8.据权利要求1-7任意一项所述制备方法制备得到的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体。
9.根据权利要求1-7任意一项所述制备方法制备得到的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体的应用，其特征在于，不同粒径单分散SiO2@TiO2晶体，对应不同的折光率，用于与生物基聚酯和聚酰胺共混改性，在树脂中易于分散提高树脂流动性和层间结合力，增加树脂切片的雾度，降低透光率，使树脂消光(不透明)、半消光，能够纺丝，易于染色做成服装面料。
10.根据权利要求1-7任意一项所述制备方法制备得到的一种粒径可控单分散SiO2@TiO2双层光子晶体的应用，其特征在于，粒径可控单分散SiO2@TiO2双光子晶体，在生物基化学纤维的纺丝工段通过重力沉降或机械喷粉在纤维表面自组装，构建三维有序的面心立方(FCC)的双光子晶体结构，呈现鲜艳的结构色。
...【技术特征摘要】
1.一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法，其特征在于所述的作为种子晶体的二氧化钛(tio2)是锐钛型(anatase)和金红石型(rutite)两种结晶形态的混合体；平均粒径20nm，比表面积50±15㎡/g。
3.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法，其特征在于，双光子晶体的壳层是sio2，硅源溶液包括：无金属离子的硅溶胶、无金属离子的硅酸四乙酯和硅酸四甲酯，以及其他的原硅酸酯类。
4.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法，其特征在于加入具有纳米粒子导向功能的分散表面活性剂包括：阴离子型、阳离子型、非离子型或双子表面活性剂(gemini)等一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法，其特征在于加入水溶性碱性物质包括：氨水(nh3·h20)、氢氧化钠(naoh)、氢氧化钾(koh)、氢氧化锂(lioh)、氢氧化铯(csoh)等一种或两种及以上混合物。
6.据权利要求1所述的一种粒径可控单分散sio2@tio2双层光子晶体制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢爱迪，谢书轩，吴青梅，
申请(专利权)人：合肥飞木生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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