[发明专利]一种可全彩显色柔性承印材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可全彩显色柔性承印材料及其制备方法，柔性承印材料为蛋白石型光子晶体薄膜，以高分子基材料充当基底，以聚多巴胺包覆的单分散核‑壳纳米微球作为蛋白石型光子晶体阵列的构筑单元，薄膜上沉积有金属离子；紫外光与聚多巴胺对金属离子具有协同还原特性，可与光子晶体结构进行有机结合，通过控制金属离子沉积量使其具有全彩显色性能，并实现信息的印刷及长期存储。

技术领域

本发明涉及蛋白石型光子晶体结构生色材料的制备技术领域，特别是一种可全彩显色柔性承印材料及其制备方法，属于新材料制备领域。

背景技术

颜色在自然界中无处不在，并且在生物的进化过程中起着非常重要的作用。根据自然界中颜色的产生机理，可以将颜色分为两大类：一是电子的振动及在能级、分子轨道内的跃迁产生的化学色，其代表为传统的染料颜料等；二是光与微纳米结构相互作用产生的物理色，比如干涉、衍射及散射效应，也称为结构色。师法自然，科学家以单分散纳米微球为构筑单元，制备了蛋白石型光子晶体，它是一种由具有不同折射率材料在空间上呈周期性排列而成的三维有序阵列，由于布拉格衍射效应，该阵列具有光子禁带，凡是频率落在光子禁带内的光波都不能透过光子晶体阵列，此时入射光的部分光波被选择性反射，产生亮丽的结构色，微球排列越有序、折射率差值越大，材料的反射率越高。反射光波长与体系折射率、入射光角度以及晶格常数的关系如下式所示：

近十年来，光子晶体材料得到了长足的发展，但依然存在如下待克服的难题。蛋白石型光子晶体结构是由单分散微球通过自组装方法制备的有序阵列，微球之间以点与点的方式接触，无其他强的物理或者化学作用力，导致其结构强度较低，容易碎裂。如果通过自交联、添加粘结剂等方法实现结构锁定，增强结构强度，光子晶体材料便无法实现颜色的精准调控。通常颜色调变是通过拉伸力、压缩力等物理作用改变其晶格常数实现，但是这种力撤除后，颜色无法保持；或者通过渗入折射率不同的液体，以改变体系的折射率，可实现溶剂的检测，但溶剂挥发后颜色依然无法保持。对于承印材料，需要印刷信息并且长期保存信息，因此对可全彩显色并且可保持颜色的承印材料方面的研究较少。并且该材料需要足够的机械强度应以日常生活中的使用环境。

本发明主要针对以上两个蛋白石型光子晶体承印材料存在的缺陷，结合长期从事结构生色材料的研究经验，制备了一种可全彩显色的柔性承印材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种可全彩显色柔性承印材料及其制备方法，能够基于蛋白石型光子晶体结构色材料，制备出具有亮丽结构色，同时可通过控制金属离子沉积量使其具有全彩显色性能，并能实现信息的印刷及长期存储的产品。

为了解决上述技术及科学问题，本发明采用的技术方案是：

一种可全彩显色的柔性承印材料，柔性承印材料为蛋白石型光子晶体薄膜，以高分子基材料充当基底，以聚多巴胺包覆的单分散核-壳纳米微球作为蛋白石型光子晶体阵列的构筑单元，所述薄膜上沉积有金属离子；通过紫外光照射与聚多巴胺对金属离子的协同还原特性，调控金属离子的沉积量，从而调整柔性承印材料的折射率得到全彩显色材料，所述材料具有折射率线性可调性，可柔性弯曲。

进一步地，高分子基材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、聚己内酯、醋酸丁酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚氨酯类或聚偏氟乙烯中的一种或多种。

进一步地，聚多巴胺包覆的单分散核-壳纳米微球的内核包括但不仅限于二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、硫化锌、硫化镉或含硫微球，粒径为170nm～520nm，壳层为均匀的聚多巴胺，厚度为2nm～60nm；

壳层的厚度通过控制多巴胺的加入量进行调控，加入的多巴胺量越多，壳越厚；聚多巴胺包覆速度通过氧化剂的量控制，加入的氧化剂越多，包覆速度越快；