[发明专利]一种具有曲面结构的胶体光子晶体及其制备方法

说明书

本发明属于光子晶体制备技术领域，涉及一种具有曲面结构的胶体光子晶体及其制备方法。本发明利用热压印复形的技术，在热塑性聚合物表面构筑平行的半圆形凹槽阵列，得到图案化凹槽模板；在图案化凹槽模板上采用垂直沉积法生长胶体光子晶体薄膜，从而得到本发明的具有曲面结构(特别是表面具有半圆形凹槽曲面结构)的胶体光子晶体。本发明所提供的方法简单易行，可大面积制备，普适性好。

技术领域

本发明属于光子晶体领域，具体涉及一种制备具有曲面结构的胶体光子晶体的方法。

背景技术

光子晶体是由介电常数不同的两种或者多种材料周期性地排列而形成的一种在特定方向上具有光子带隙的复合材料。这种周期性的结构能够选择性的反射特定波长的光，使得它在光学器件、传感器、防伪、激光乃至通讯领域具有广泛的应用前景。而胶体光子晶体是其中被研究最为广泛的，因为胶体光子晶体的原料-单分散的胶体颗粒制备简单、成本低、可大量制备；再加上胶体颗粒组装方式的多样化，使得胶体光子晶体成为近些年的研究热点。传统方法制备的胶体光子晶体多为平面结构，因此光学性质相对单一；为此，研究者提出了许多制备曲面光子晶体的方法。专利公开号为CN101392407(名称为《一种圆柱空心型的大孔有序的胶体晶体的制备方法》)的专利，在空心细玻璃管内壁生长了圆柱空心型胶体光子晶体，由于生长胶体光子晶体的过程需要使用电场、且受到空心细玻璃管尺寸的限制，该方法难以大量制备。专利公开号为CN101942700(名称为《基于光纤的圆柱环状胶体晶体的制备方法及其晶体》)的专利，在圆柱形的光纤表面利用垂直沉积的方法生长了一种圆环状的胶体光子晶体，但该方法需要对所用的光纤进行腐蚀粗化，生长过程需要控温控压。由于所用模板和生长条件的限制，也难以大面积的制备。公开号为CN104193906A(名称为《一种光子晶体微球、其制备方法及应用》)的专利，利用微流体技术制备了光子晶体微球，包括聚苯乙烯-聚(N-异丙基丙烯酰胺)共聚物纳米粒子组成的内核和疏水性光引发聚合树脂组成的外壳。但是该方法所用的微流体技术对工艺条件要求苛刻，不具有普适性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图案化凹槽模板制备具有曲面结构的胶体光子晶体的方法，此方法操作简单，效率高，成本低，并且可以批量化制备具有曲面结构的胶体光子晶体。所述图案化凹槽模板是利用压印(特别是热压印)技术制备的，生产工艺简单，所用原料相对便宜，压印后得到的凹槽的尺寸、形状等都能够保持非常好的均一性，而且该方法可以批量化制备。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种制备具有曲面结构的胶体光子晶体的方法，所述方法包括以下步骤：

1)制备图案化凹槽模板：利用金属线缠绕的金属板作为压印用母模板，使用热塑性聚合物进行压印、复形得到图案化凹槽模板；

2)制备具有曲面结构的胶体光子晶体：利用步骤1)的图案化凹槽模板作为基底，在所述基底上生长光子晶体，得到具有曲面结构的胶体光子晶体。

其中，步骤1)中所述的金属线可以为铜线或者不锈钢线。

其中，步骤1)中所述的金属线的横截面可以为圆形或者椭圆形。

其中，步骤1)中所述的金属板可以为铝合金板、不锈钢板或者铜板。

其中，步骤1)中所述的热塑性聚合物可以为聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯或者聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯或其共聚物)等。

其中，步骤1)中的压印为热压印。

其中，步骤1)中所述的凹槽模板的凹槽形貌可以通过金属线调整。例如，选择不同直径的圆金属线，所述直径例如可以介于100-500μm之间。

根据本发明，步骤1)具体包括以下步骤：

1a)制备压印用母模板：将不同直径的圆金属线紧密缠绕金属板，制备所述压印用母模板；