[发明专利]一种3D打印制备光子晶体的方法

说明书

技术领域

本申请涉及光子晶体制备领域，尤其涉及一种3D打印制备光子晶体的方法。

背景技术

近年来，通过模拟蓝蝶的翅膀、火山蛋白石等自然界的微纳米结构，人们利用精密加工法、胶体自组装法等成功研制了一维、二维、三维光子晶体。所述的一维、二维光子晶体的制备方法技术已经相当成熟，而且相关产品印已经广泛应用。三维光子晶体的制备远远落后于一维和二维光子晶体的制备，即使在半导体工业中也没有可以借鉴的方法来制造三维光子晶体。最近，一些课题组发展处一些较有效的方法制备三维光子晶体，例如通过层层堆积法制备木料堆结构，或利用单分散微球通过自组装法制备三维规则结构，然而利用这种方法却很耗时，而且工艺过程也很复杂。2006年J.Moon课题组首次利用喷墨打印机制备了具有鲜艳颜色的光子晶体微阵列，但其打印也仅限于在二维空间实行，而且难以制备得到介电比高或具有合适网络拓扑结构的三维光子晶体。

发明内容

本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种3D打印制备光子晶体的方法。

本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：

一种3D打印制备光子晶体的方法，包括：

使用单分散胶体颗粒制作用于3D打印的高分子原材料；

绘制光子晶体的三维实体模型；

对所述三维实体模型进行切片分层，将所述三维实体模型分成多个二维图形；

使用所述高分子原材料，在基底上依次逐层打印所述二维图形，并逐层固化，制得所述光子晶体。

上述方法中，所述使用单分散胶体颗粒制作用于3D打印的高分子原材料，具体包括：

使所述单分散胶体颗粒分散于溶济中，所述制得单分散胶体颗粒的悬浮液；

将所述悬浮液、丙烯酸酯类单体和固化剂混合，混合制得所述高分子原材料。

上述方法中，所述单分散胶体颗粒包括聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、二氧化硅微球、二氧化钛微球、四氧化三铁微球、氧化铁微球、金微球、银微球中的一种或两种以上的组合，或聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、二氧化硅微球、二氧化钛微球、四氧化三铁微球、氧化铁微球、金微球、银微球的改性微球或复合微球中的一种或两种以上的组合。

上述方法中，所述丙烯酸酯类单体包括可紫外聚合的丙烯酸酯类单体和可加热聚合的丙烯酸酯类单体，所述固化剂包括紫外固化剂和热固化剂。

上述方法中，所述可紫外固化的丙烯酸酯类单体包括聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

上述方法中，所述紫外固化剂包括二苯甲酮（BP）、Ingacure2959、Ingacure2100或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

上述方法中，所述单分散胶体颗粒与所述悬浮液的重量与体积百分浓度为1～90%。

上述方法中，所述悬浮液与所述高分子原材料的体积与体积百分比浓度为20～40%，所述丙烯酸酯类单体与所述高分子原材料的体积与体积百分比浓度为5～15%，所述交联固化剂与所述高分子原材料的质量百分比为0.5～1.5wt%。

上述方法中，所述基底包括特氟龙板、经特氟龙表面处理后的玻片或经特氟龙表面处理后的硅片。

上述方法中，所述三维实体模型切片后，每层的厚度为10～100μm。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

在本申请的具体实施方式中，由于使用单分散胶体颗粒制作用于3D打印的高分子原材料，将光子晶体的三维实体模型分层成多个二维图形，在基底上依次逐层打印二维图形，并逐层固化，可以制备得到介电比高或具有合适网络拓扑结构的三维光子晶体。本申请较之现有的光子晶体制备法，不仅快捷便利、设备投资成本低、工艺简单、节能环保、耗时短，且制备光子晶体的结构形貌更加多样化、广泛化，是未来制备特殊用途光子晶体的理想方式。本申请可以实现批量生产，所制备的光子晶体可以广泛应用于光学器件、组织培养支架、超疏液表面、防伪标识、饰物等科学研究、生活等领域，具有非常广阔的市场前景。

附图说明

图1为本申请的方法在一种实施方式中的流程图；

图2为本申请的方法在一种实施方式中打印出的三维光子晶体实体模型；

图3为本申请的方法在另一种实施方式中打印出的“金字塔群”式的三维光子晶体实体模型。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。