[发明专利]一种基于打印技术制备全内反射结构色图案的方法及应用

说明书

本发明涉及材料领域，公开了一种基于打印技术，使用高分子聚合物，制备全内反射结构色图案的方法。本发明利用打印的方法把透明的高分子液体打印在疏水的透明基材上，制备了微尺度球冠点阵，球冠结构经过全内反射可以产生明亮的结构色。然后通过调控打印参数，可以实现每个球冠像素点颜色的精细调控和精准定位，从而获得了全色系球冠结构色像素点的程序化集成与复杂结构色图像的高精度制备。这种制备结构色的方法，简单可控，成本低廉，可用于大规模生产。打印的结构色图像在散射光作用下不会显示颜色，在平行光的作用下，可以显示出明亮的彩色，而且所制备的图像具有很高的逼真度，在显示、防伪、智能涂层等领域有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种利用打印技术制备全内反射结构色图案的方法及应用。

背景技术

彩色图像是我们日常生活中不可或缺的一部分，它给我们带来了美的视觉享受和工作上的便利。一般来说，彩色图像是利用印刷的方法将由染料或者色素配制成的墨水，印刷在承印基材上。但是人工染料或者色素的合成会造成大量的废水污染，严重影响我们的生态环境。因此亟需其他环保的产色方法来替代化学色。

结构色是利用微米或者纳米尺度的微结构(薄膜，光栅，光子晶体等)对自然光的调控作用，如干涉，衍射，散射等来产生颜色。由于结构色不依赖于色素染料等化学分子便可产生明亮的颜色，因此它具有环境友好，不易褪色等优势，是一种非常有潜力代替化学染料的显色方式。但是制备这些“生色”的微米或者纳米结构，所需的加工工艺十分复杂，通常借助“自上而下”的刻蚀技术或者“自下而上”的胶体颗粒组装方法。这些技术都存在一些难以克服的缺陷，如刻蚀工艺繁杂，成本昂贵，难以大面积普及使用；组装方法需要提前合成粒径均一的纳米胶体颗粒，而且由于组装过程的不稳定性，组装缺陷无法避免等。这些缺点使结构色技术难以应用于制备高精度高质量的彩色图像，从而限制了结构色在实际中的发展与应用。因此，发展简单高效普适的方法，实现结构色的制备与高精度图案化，是推动结构色发展的必由之路，在环境保护以及提高人民生活质量等方面意义深远。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单普适，成本低廉，适合大规模生产的高精度结构色彩色图像的制备方法。

本发明是一种基于打印技术，使用单一的透明聚合物墨水，制备全内反射结构色图案的方法。首先利用打印的方法将透明的聚合物墨水直接打印在疏水修饰的基材上，制备了在微米尺度上可发生全内反射的球冠阵列，打印的球冠阵列经过全内反射可以作为彩色像素点，产生明亮的结构色。然后利用计算机编程，每个球冠像素点的颜色可以被精细调控与精准定位，从而实现了在可见光范围内全色系球冠结构色像素点的程序化集成与复杂结构色图像的高精度制备。

根据本发明，所述的打印技术是指打印精度在500nm～100μm，不限于喷墨打印技术、直写打印技术、3D打印技术或双光子聚合技术。

根据本发明，所述的产生全内反射的方式为平行光从打印基材的背面(无打印的一面)进行照射。

为实现上述目的，本发明基于打印技术制备全内反射结构色图案的方法，包括如下步骤：

1)制备透明疏水基材或对使用的透明基材进行整体疏水处理；

2)配制粘度，折射率均适于打印的单一的透明聚合物墨水；

3)利用计算机模拟软件计算球冠像素点颜色与打印球冠形貌参数的对应关系；

4)使用计算机绘图软件设计打印图像；

5)利用打印技术按照所设计的图像将配制的聚合物墨水打印在疏水基材上，制备结构色图像；

6)利用紫外光辐照或者加热的方法使打印的结构色图像固化；

7)在结构色图像表面封装一层透明聚合物，充当结构色图像的保护层，即制得全内反射结构色图案。