[发明专利]高稳定性高饱和度光子晶体结构生色织物的大面积制备方法

说明书

本发明涉及一种高稳定性高饱和度光子晶体结构生色织物的大面积制备方法，该方法包括如下步骤：S1、纺织基材的表面改性：在纺织基材表面涂覆特种高分子聚合物，加热固化成膜，得到带有高分子层的织物；S2、配置含有活化剂的纳米微球分散液，通过外力诱导作用使该纳米微球分散液在S1得到的带有高分子层的织物表面呈均匀分布；S3、将S2所得复合物加热处理，最后得到大面积的光子晶体结构生色织物。本发明方法可解决光子晶体结构生色织物的颜色饱和度和结构稳定性难以兼得的难题，并解决大面积无裂缝和大面积快速组装等光子晶体结构生色纺织品开发中的难点。

技术领域

本发明涉及一种结构生色织物的制备方法，尤其涉及一种高稳定性高饱和度光子晶体结构生色织物的大面积制备方法，属于纺织品结构生色领域。

背景技术

光子晶体是一种具有周期性介电结构的纳米材料，其最基本的特征是具有光子禁带。由于光子禁带的存在，可以阻止与禁带相当的可见光穿过光子晶体，从而被选择性反射，在其表面形成相长干涉，从而形成绚丽多彩的结构色，生色原理可根据布拉格衍射公式进行解释。其反射波长可随光子晶体的有效折光指数、晶格间距以及入射角度(等同于观察角度)的变化而发生相应的改变，光子晶体结构色也因此具有灵动多变的视觉效果，常规化学着色剂(染料、颜料)则不能达到此种效果，这也是光子晶体结构生色吸引市场的优势之一；优势二则是光子晶体结构生色材料的制备过程无废水排放，无需应用染料颜料等化学着色剂，是一种物理生色过程，具有绿色、可持续发展的特征；优势三，光子晶体结构生色材料具有可视化传感特性，是一种新型智能光学材料，在智能传感、智能防伪、智能显示等领域有潜在应用前景。但目前光子晶体结构生色技术在纺织领域的应用还存在下述难点问题。

难题一：制备光子晶体的纳米微球通常选用聚苯乙烯(PS)、二氧化硅(SiO₂)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等硬质纳米微球。由于所制备的光子晶体仅依靠纳米微球间的氢键和范德华力等较弱的结合力支撑，在外力作用(水洗、摩擦、弯折)下光子晶体的结构易被破坏，导致结构色消失，这也是光子晶体结构生色技术在纺织领域中进行实际应用最迫切，同样也是最难解决的问题。而目前常采用的物理封装法以提升光子晶体结构稳定性，如采用光固化法封装提升光子晶体的结构稳定性(CN201810127322.0)，会对光子晶体的光学性质产生不可逆的负面影响(光子晶体的折光指数差降低)。为解决此问题，有研究工作以空心SiO₂纳米微球构建光子晶体阵列，再对其进行封装，如此在提升光子晶体结构稳定性的同时，也保留了光子晶体的折光指数差，即保留艳丽的结构色彩(Li Y,Wang X,Hu M,etal.Patterned SiO₂/Polyurethane Acrylate Inverse Opal Photonic Crystals withHigh Color Saturation and Tough Mechanical Strength[J].Langmuir,2019,35(44):14282-14290；CN201811006303.9)。但空心SiO₂纳米微球的制备过程繁复，限制了该方法在纺织领域的大规模工业化应用。为协调光子晶体结构稳定性和光学性质之间的矛盾性问题，有文献报道采用共沉积法制备复合光子晶体，以提升光子晶体的结构稳定性(LI Y C,ZHOU L,LIU G J,et al.Study on the fabrication of composite photonic crystalswith high structural stability by co-sedimentation self-assembly on fabricsubstrates[J].Applied Surface Science,2018,444:145-153.MENG Y,TANG B T,XIU JH,et al.Simple fabrication of colloidal crystal structural color films withgood mechanical stability and high hydrophobicity[J].Dyes and Pigments,2015,123:420-426.)。但该法也存在着一定的不足之处，即若加入过多的软质粒子必然干扰纳米微球的自组装，同时也会降低光子晶体的折光指数差，影响其光学性质。也有研究者采用表面支撑固化法提升光子晶体的结构稳定性(WANG X H,LI Y C,ZHAO Q,et al.Highstructural stability of photonic crystals on textile substrates,prepared viaa surface-supported curing strategy[J].ACS Applied MaterialsInterfaces,13(16):19221-19229.)，此法虽可在一定程度上协调光子晶体结构稳定性及色彩鲜艳度之间的匹配性问题，但距实际应用尚显不足。总之，真正的既可提升光子晶体结构稳定性以达到实际应用需求，又要保留光子晶体自身迷人的结构色的技术手段目前还未有报道。