[发明专利]一种响应性光子晶体弹性体膜材料、其制备和应用

说明书

本发明属于聚合物功能材料领域，具体地涉及一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜、其制备方法和应用。本发明的响应性光子晶体弹性体膜材料，包括交联聚合物基体材料、改性纳米粒子和吸光纳米材料；所述交联聚合物、改性纳米粒子与吸光纳米材料的摩尔比为(1～200)：100:(0～5)；所述改性纳米粒子和吸光纳米材料以短程有序的结构排列分散在所述交联聚合物基体材料中，该光子晶体弹性体膜材料的颜色不随观察角度变化，在发生机械损伤能够自动修复，在拉伸过程中具有弹性。

技术领域

本发明属于聚合物功能材料领域的发明，更具体地涉及一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜、其制备方法和应用。

背景技术

光子晶体是一种具有周期性纳米结构的材料，在传感、显示、检测、纳米压印、智能材料等领域具有很好的应用前景。光子晶体具有长程有序结构，使得光子晶体膜一般具有角度依赖性，而在使用过程中又要求其颜色稳定以便于观察和检测，因此制备无角度依赖的光子晶体膜材料有着重要的应用价值。同时，光子晶体膜材料在使用时不仅要有便于观察的颜色还需要具有一定的弹性和对外界刺激有响应性，这样才能实现对光、热、电、磁、离子等的响应，从而拓宽其使用范围。传统的响应性光子晶体膜主要是利用基体材料或者纳米粒子本身的性质来实现其对外界刺激的响应；难以达到响应后恢复、重复响应和恢复的目的。刺激响应回复和循环利用对光子晶体膜材料的实际应用尤为重要，而目前传统的方法还无法满足该要求。

自修复光子晶体膜虽然已有文献报道，但在制备机械(如拉伸)响应性的光子晶体膜方面，利用现有技术制备的光子晶体膜材料大多强度低、易碎，无法满足实际应用的需求。此外，传统方法制备的光子晶体膜制备过程复杂，拉伸难以再次使用，无法实现自修复和重复使用的目的。以上光子晶体膜材料的缺陷和不足大大地限制了该材料的实际应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜、其制备方法和应用，其充分结合光子晶体弹性体膜材料的特点和需求，针对性对光子晶体材料组装体重的聚合物材料种类和纳米粒子种类进行重新选择，并对关键参数比如组分配比、组分溶解性等其他参数进行设计，相应地获得了一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜，由此解决现有技术的光子晶体膜材料大多强度低、易碎，无法满足实际应用的需求以及制备过程复杂，拉伸难以再次使用，无法实现自修复和重复使用的目的的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种响应性光子晶体弹性体膜材料，包括交联聚合物基体材料、改性纳米粒子和吸光纳米材料；所述交联聚合物、改性纳米粒子与吸光纳米材料的摩尔比为(1～200)： 100:(0～5)；所述改性纳米粒子和所述吸光纳米材料以短程有序的结构排列分散在所述交联聚合物基体材料中，该光子晶体弹性体膜材料的颜色不随观察角度变化，在发生机械损伤后能够自动修复，在拉伸过程中具有弹性。

优选地，所述改性纳米粒子的尺寸为100～500nm；所述吸光纳米材料的尺寸为10～100nm。

优选地，所述交联聚合物为交联剂与聚合物的官能团之间通过发生配位、主-客体相互作用、氢键或化学交联反应而形成的具有网络结构的交联聚合物，所述聚合物为透明、有弹性的官能化的聚合物，所述聚合物的折光指数为1.2～2.0；所述官能化的聚合物含有氨基、吡啶基团、咪唑、偶氮苯、环糊精、羟基、巯基、硼酸或金刚烷双键中的至少一种，所述聚合物的玻璃化转变温度低于25℃；所述聚合物与所述交联剂的摩尔比为 0.05:1～6:1。

优选地，所述聚合物为官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)或官能化的聚丙烯酸丁酯。

优选地，所述交联剂选自金属离子、环糊精、硼酸、多元醇、多元硫醇和双烯烃。

优选地，所述金属离子为具有空轨道的碱土金属离子、过渡金属离子或稀土金属离子。