[发明专利]一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体结构色制备技术领域，特别涉及一种低角度依赖高饱和度红色聚苯乙烯(PS)胶体晶体膜的制备方法。

背景技术

传统色剂的生产会引起水资源的大量消耗，造成环境污染，有些色剂还有毒、不可降解和易褪色。PS胶体晶体结构色膜具有高亮度、永不褪色、虹彩现象、持久性和环境友好性，有望取代传统色剂而日益受到国内外学者的广泛关注。

目前，PS胶体晶体的制备方法主要有电子微加工法、激光全息法和胶体自组装法等。物理制备方法一般较为复杂、费时、成本高，又需要多个步骤才能完成。相比之下，胶体自组装法是一种简单、快速和廉价的化学制备方法。然而，胶体自组装法制备的PS胶体晶体不可避免的会引入一些随机的缺陷，比如堆垛层错、粒子的缺失、取向的不可控制和位错等，这些随机缺陷会降低禁带的反射率，散射禁带以外波长的光。

目前，人工合成的PS胶体晶体膜通常呈色微弱，在特定的角度反射出彩虹色，有一定的角度依赖性，也就是说PS胶体晶体膜的颜色不是一成不变的，会根据观察者入射光角度的不同而呈现不同的颜色。在自然光的条件下，只有有经验的人在特定的角度才可以察觉到颜色，而且颜色不够绚丽，色饱和度低，因而限制了它在防伪和装饰领域的应用。如何降低PS胶体晶体膜呈色的角度依赖性，获得明确的、呈色明亮的、单一颜色的PS胶体晶体膜，而不是彩虹色，成为今后的一个研究热门。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，以解决目前PS胶体晶体膜呈现微弱彩虹色，色饱和度低，呈色具有角度依赖性，不能获得明确的、呈色绚丽的、单一红色的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用乳液聚合法制备平均粒径为440±10nm的PS微球母液，以去离子水为溶剂，直接稀释为PS微球浓度为0.1wt-0.5wt％的乳液，置于30-100mL玻璃器皿中超声分散30-60min。

(2)用去离子水清洗基片，然后分别在乙醇和去离子水中超声清洗30-90min后烘干备用，将清洗过的基片垂直固定在已超声分散的PS乳液中，放入烘箱中9-12h缓慢烘干得到组装好的PS胶体晶体膜，烘干温度为40-65℃；

(3)将从烘箱中取出的PS胶体晶体膜放入蒸镀仪中镀碳膜，使PS胶体晶体膜表面的碳膜厚度为5-10nm；

(4)在已经镀过碳膜的PS胶体晶体膜表面，采用真空离子溅射法在碳膜表面再镀一层厚度为5-10nm的铂金膜，即得低角度依赖高饱和度呈色明亮的单一红色PS胶体晶体膜。

所述基片为玻璃基片、金属基片、有机基片等。

所述步骤(3)中，通过控制镀膜电流和碳丝的粗细实现对碳膜厚度的控制；所述步骤(4)中，通过控制镀膜电流和时间实现对铂金膜厚度的控制。例如，所述步骤(3)中，设置镀膜电流为60mA；所述步骤(4)中，设置镀膜电流为10mA，镀膜时间为50-100s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所得的红色PS胶体晶体膜微观上呈现高质量的密排六方结构，由于该胶体晶体膜表面喷涂了一层很薄的碳膜，提供了一种有助于增强该材料呈色饱和度的光吸收背景，使其在光子禁带的反射率增强，对禁带以外波长的反射率降低，宏观上呈现明亮的单一红色(R:229G:70B70；C:0％M:85％Y:70％K:0％)，不再是彩虹色，红色饱和度得到了显著的提高。

(2)本发明所得的红色PS胶体晶体膜在表面镀碳膜的基础上又镀了一层铂金膜，使其在降低禁带以外波长反射率的同时，禁带的反射率进一步增强，从而，红色饱和度进一步提高。

(3)本发明所得的红色PS胶体晶体膜无论从那个角度观察都呈现单一的红色，呈色角度依赖性大大降低。

附图说明

图1是本发明组装前所用的PS微球形貌图。

图2是本发明组装后的红色PS胶体晶体膜微观形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用乳液聚合法制备单分散性、均一性良好的平均粒径为440±10nm的PS微球母液，以去离子水为溶剂，将其稀释为PS微球浓度为0.1-0.5wt％的乳液，置于30-100mL玻璃器皿中超声分散30-60min。