[发明专利]一种低角度依赖的蓝色SiO2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的 蓝色SiO₂胶体晶体膜的制备方法。

背景技术

结构色是当光线照射到物体表面的时候，通过可见光与物质的物理上的 微观结构发生相互作用，产生的对某些波长的选择性反射和透射的效应，导 致我们感知到颜色。结构色现象在自然界中并不少见，比如蓝色的天空源自 瑞利散射，水面上油渍的颜色源自薄膜干涉，彩虹源自折射等。结构色与物 质微结构和材料性质有关，只要产生结构色的微结构极其材料的物理性质不 变，结构色永不褪色。结构色是运用结构产生颜色，比色素更环保，结构色 通常具有虹彩效应，所以，在替代传统色剂、防伪和装饰领域有着很广阔的 应用前景。

常见的胶体晶体主要有聚苯乙烯胶体晶体，聚甲基丙烯酸甲酯胶体晶体 和SiO₂胶体晶体。SiO₂胶体晶体以其制备工艺简单，不需要特殊的设备，制 备过程不会造成任何环境污染在结构色应用方面具有潜在的优势。目前，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SiO₂胶体晶体结构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SiO₂胶体晶体膜通常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SiO₂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，因而限制了它在防伪和装饰 领域的应用。如何获得明确的单一颜色，而不是彩虹色，成为今后的一个重 点研究方向。

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 的蓝色SiO₂胶体晶体膜的制备方法，以解决目前SiO₂胶体晶体膜呈色具有 角度依赖性，呈现彩虹色，不能获得明确的单一蓝色的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低角度依赖的蓝色SiO₂胶体晶体膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)取平均粒径为310±10nmSiO₂微球，放入乙醇中搅拌均匀，配制 浓度为1-3wt％的SiO₂胶体溶液，超声分散2-4h；

(2)用去离子水清洗基片，然后分别在去离子水和乙醇中超声清洗 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SiO₂胶体溶 液中，放入烘箱中24-30h缓慢烘干得到组装好的SiO₂胶体晶体膜，烘干温 度为40-65℃；

(3)将从烘箱中取出的SiO₂胶体晶体膜放入蒸镀仪中镀碳膜，使SiO₂胶体晶体膜表面的碳膜厚度为5-10nm，即可得到单一蓝色SiO₂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SiO₂胶体晶 体膜表面的碳膜厚度的控制。例如，设置镀膜电流为60mA。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所得的单一蓝色SiO₂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，同 时吸收了杂散光，宏观上呈现单一蓝色(R:27G:79B:147；C:100％ M:60％Y:0％K:15％)，不再是彩虹色。

(2)本发明所得的单一蓝色SiO₂胶体晶体膜无毒、永不退色，是一种 环境友好材料，同时，该胶体晶体膜具有不可复制性，在防伪和装饰领域有 着广阔的应用前景。

(3)本发明所得的单一蓝色SiO₂胶体晶体膜制备工艺简单，不需要特 殊的设备，制备过程不会造成任何环境污染。