【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料及其制备方法，属于新材料领域。
技术介绍
1、纸张作为信息内容传播的媒介，在世界文明发展史上具有举足轻重的地位。但是纸张的大量使用造成了极大的环境和资源短缺问题。因此，急需开发新型技术和材料缓解过度使用纸张所带来的问题。
2、近年来，光子晶体作为一种新兴的材料吸引了人们广泛的关注。光子晶体具有独特的光子带隙和周期性介电结构，通过操纵光的传播实现结构色的调控，为构建具有优越性能的光子纸提供了新方法。光子晶体由于其独特的显色机理，在化学环境或光照下具有良好的稳定性。然而，基于光子晶体的光子纸在书写上仍存在一些挑战，如触发条件严格、颜色饱和度较低、响应速度较慢和分辨率较差等问题。
3、相变聚合物在相变温度下发生结晶-熔融转变会产生明显的机械强度的变化，将此引入到光子晶体结构中赋予其热可调的结构色性能的变化，且引入吸光材料赋予材料高效的光热转换能力，可实现激光在所制备的光子纸上的快速不可逆书写的应用，但相关技术鲜有报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料及其制备方法。光子晶体由于其独特的显色机理，在化学环境或光照下具有良好的稳定性。通过改变光子带隙等微观结构可实现结构色的有效调节，为新型结构色光子纸的开发提供了新的思路。基于此，将相变聚合物引入到光子晶体结构中并刻蚀形成高度有序的反蛋白石结构，由于较大的有效折射率对比，呈现出明亮的结构色。利用相变聚合物在
2、该方法成本低廉，简单易行，得到的结构色材料不易褪色，稳定性好，在激光直写领域有着广泛的应用前景。
3、本专利技术采用的技术方案为：
4、一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料，所述材料由相变聚合物填充于胶体微球阵列构建的模板缝隙后选择性刻蚀形成的多孔结构，其中，
5、所述材料包括具有明显相变特性的相变聚合物组成的空腔结构；
6、所述相变聚合物是通过长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体经过自由基聚合反应所得；
7、所述模板由胶体微球构成的光子晶体阵列或准晶阵列。
8、本专利技术所述一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料中，所述胶体微球为无机胶体微球或聚合物胶体微球；所述胶体微球的粒径范围为50～1000nm。
9、本专利技术所述一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料中，所述无机胶体微球为二氧化硅微球；所述聚合物胶体微球为聚苯乙烯胶体微球，聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球或含硫树脂微球。
10、上述无机胶体微球和聚合物胶体微球均可按现有技术公开的方法制得。
11、进一步地，利用胶体微球构成光子晶体阵列的方法可采用现有技术公开的方法，采用的方法为加热组装法、浸渍提拉法、垂直沉积法、刮涂法或旋涂法。
12、进一步地，利用胶体微球无序组装得到准晶阵列，可采用现有技术公开的方法为滴涂法或喷涂法。
13、本专利技术所述一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料中，所述相变聚合物由含有长链丙烯酸酯类单体、交联剂单体、光引发剂和炭黑组成的预热前驱体溶液在紫外光引发自由基聚合而形成的。
14、进一步地，所述预热前驱体溶液是包含长链丙烯酸酯类单体、交联剂单体、紫外光引发剂和炭黑的混合物。
15、进一步地，所述长链丙烯酸酯类单体包括丙烯酸月桂酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸硬脂酸酯、丙烯酸二十烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、甲基丙烯酸十六烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酸酯、甲基丙烯酸二十烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯中的一种或几种。
16、进一步地，所述交联剂单体包括1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或两种。
17、更进一步地，优选长链丙烯酸酯类单体为丙烯酸硬脂酸酯，交联剂单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯。
18、优选地，前驱体在75℃预热后进行。
19、本专利技术的另一目的是提供上述一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料的制备方法。
20、一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料优选以下方法制备：将胶体微球组装成光子晶体阵列或准晶阵列模板；预热前驱体溶液填充到模板的空隙中并紫外光照射发生自由基聚合反应固化；再经过选择性刻蚀后形成的具有多孔结构的结构色材料。
21、上述技术方案中，胶体微球构成光子晶体阵列的方法为加热组装法、浸渍提拉法、垂直沉积法、刮涂法或旋涂法；
22、上述技术方案中，胶体微球无序组装得到准晶阵列的方法为滴涂法或喷涂法。
23、上述技术方案中，所述预热前驱体溶液按下述方法获得：将长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体(质量比2:1～40:1)、紫外光引发剂(为长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体总单体质量的0.1％～3％)和炭黑(为长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体总单体质量的0.1％～2％)的混合物充分混合后并在75℃下避光保存。
24、优选的，长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体的质量比为10：1；紫外光引发剂为总单体质量的1％；炭黑为总单体质量的1％。
25、上述技术方案中，所述选择性除去胶体微球模板的方法为溶解法、锻烧法或化学腐蚀法。
26、本专利技术的有益效果是：本专利技术以相变聚合物作为反蛋白石结构的支撑骨架，其在结晶态时具有显著的刚性赋予材料结构色性能。通过调控单分散胶体微球的粒径，实现了反蛋白石结构色材料多色输出性能，且制备的结构色颜色亮丽，饱和度高，具有明显的角度依存性。而经过热诱导后，相变聚合物发生结晶-熔融转变会产生明显的机械强度的变化，使得反蛋白石结构孔塌陷，丧失结构色，并且塌陷的结构无法恢复，具有优异的稳定性。通过调节相变聚合物的相变温度，可以对反蛋白石结构塌陷的触发温度进行调控。在此基础上，引入吸光材料炭黑赋予材料高效的光热转换能力，可实现激光在所制备的光子纸上的快速不可逆书写的应用。该材料较好地解决了光子纸触发条件严格、颜色饱和度较低、响应速度较慢和分辨率较差等问题。
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1.一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料的制备方法，其特征在于： 所述材料由预热前驱体溶液填充到模板的空隙中，在紫外光引发下自由基聚合后得到具有相变特性的相变聚合物与模板的复合物，再经过选择性刻蚀后形成的多孔结构；所述模板由胶体微球构成的光子晶体阵列或准晶阵列；所述多孔结构为除去模板后所形成的三维孔洞；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预热前驱体溶液中长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体的质量比2:1～40:1，紫外光引发剂为长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体总质量的0.1%～3%，炭黑为长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体总质量的0.1 %～2%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述长链丙烯酸酯类单体包括丙烯酸月桂酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸硬脂酸酯、丙烯酸二十烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、甲基丙烯酸十六烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酸酯、甲基丙烯酸二十烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述交联剂单体包括1,
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述胶体微球为无机胶体微球或聚合物胶体微球，所述胶体微球的粒径范围为50~1000 nm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述无机胶体微球为二氧化硅微球；所述聚合物胶体微球为聚苯乙烯胶体微球、聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球或含硫树脂微球。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：胶体微球进行有序组装得到光子晶体阵列，采用的方法为加热组装法、浸渍提拉法、垂直沉积法、刮涂法或旋涂法；胶体微球无序组装得到准晶阵列，采用的方法为滴涂法或喷涂法。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：选择性刻蚀除去胶体微球模板的方法为锻烧法或化学腐蚀法。
9.一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料，其特征在于：所述材料采用权利要求1-8任一所述方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相变聚合物的不可逆激光直写的结构色材料的制备方法，其特征在于： 所述材料由预热前驱体溶液填充到模板的空隙中，在紫外光引发下自由基聚合后得到具有相变特性的相变聚合物与模板的复合物，再经过选择性刻蚀后形成的多孔结构；所述模板由胶体微球构成的光子晶体阵列或准晶阵列；所述多孔结构为除去模板后所形成的三维孔洞；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预热前驱体溶液中长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体的质量比2:1～40:1，紫外光引发剂为长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体总质量的0.1%～3%，炭黑为长链丙烯酸酯类单体和交联剂单体总质量的0.1 %～2%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述长链丙烯酸酯类单体包括丙烯酸月桂酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸硬脂酸酯、丙烯酸二十烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、甲基丙烯酸十六烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酸酯、甲基丙烯酸二十烷基酯、甲基丙烯酸二十二烷基酯中的一种或几种。
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐炳涛，孔淼，张宇昂，张淑芬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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