[发明专利]一种湿度可调的水凝胶多彩结构色制备方法

说明书

本发明涉及纳米结构色领域，针对现有的结构色制备方法操作复杂且不易调控的问题，提供一种湿度可调的水凝胶多彩结构色制备方法，包括以下步骤：a)在衬底上先沉积底层金属层，再均匀旋涂聚乙烯醇溶液，形成中间层聚乙烯醇水凝胶层；b)对步骤a)的产物进行电子束曝光，水洗，被辐照的区域不被水溶解，形成纳米结构；c)在步骤b)得到的纳米结构上再沉积上层金属层，得到由所述底层金属层、中间层、上层金属层组成的水凝胶纳米结构，在湿度装置的调控下产生不同的颜色响应。本发明利用电子束曝光形成高精度水凝胶纳米结构，水凝胶在曝光后对湿度变化仍保持快速的吸水膨胀响应，从而通过调控湿度产生不同的颜色响应，达到动态颜色调节。

技术领域

本发明涉及纳米结构色领域，尤其是涉及一种湿度可调的水凝胶多彩结构色制备方法。

背景技术

结构色由于电介质或金属固有的高散射/吸收效率，可以产生比染料和颜料更加鲜艳、稳定的颜色。结构色依赖于入射光和结构设计之间的相互作用，通过在制造过程中改变结构的几何形状、尺寸或排列，可以用金属或电介质产生鲜艳的颜色。动态结构色利用可设计和可调的几何相关共振，在加密、信息安全、防伪和比色传感等方面有着重要的应用。

经过对现有技术的检索发现，现有的结构色制备方法众多，但较多方法操作复杂，不易调控。如“Dynamic Color Displays Using Stepwise Cavity Resonators”中加氢/脱氢导致金属镁光学特性的转变实现颜色的动态调节，“Fabry-Perot Cavity-TypeElectrochromic Supercapacitors with Exceptionally Versatile ColorTunability.Nano letters,2020,20(3).”通过电致变色实现颜色的动态调节，两者操作都十分复杂，需严格控制变量，不可大批集成；“Two-dimensional Active Tuning of anAluminum Plasmonic Array for Full-Spectrum Response”以及“Dynamic PlasmonicColor Generation Based on Phase Transition of Vanadium Dioxide.AdvancedOptical Materials,2018,6(7)”无论是控制外部应力还是相变材料转变都无法准确调控颜色变化。据此需要一种理想的解决方法。

发明内容

本发明为了克服现有的结构色制备方法操作复杂且不易调控的问题，提供一种湿度可调的水凝胶多彩结构色制备方法，基于聚乙烯醇负性抗蚀剂作为介电层，利用电子束曝光形成高精度水凝胶纳米结构，水凝胶在曝光后对湿度变化仍保持快速的吸水膨胀响应，从而通过调控湿度产生不同的颜色响应，达到动态颜色调节。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种湿度可调的水凝胶多彩结构色制备方法，包括以下步骤：

a)在衬底上先沉积底层金属层，再均匀旋涂聚乙烯醇溶液，形成中间层聚乙烯醇水凝胶层；

b)对步骤a)的产物进行电子束曝光，水洗，被辐照的区域不被水溶解，形成纳米结构；

c)在步骤b)得到的纳米结构上再沉积上层金属层，得到由所述底层金属层、中间层、上层金属层组成的水凝胶纳米结构，在湿度装置的调控下产生不同的颜色响应。

电子束曝光技术是现代高精度纳米加工技术的重要一类，通过施加聚焦在纳米区域内的一定电子束辐照剂量，被曝光的高分子薄膜的分子链产生断裂或者交联，从而分子量发生变化，带来溶解性的变化，通过相应溶剂的溶解，薄膜被辐照的区域会残留或者溶解，从而形成可控、有序、人工设计的纳米平面结构。溶解的步骤被称为显影。