[发明专利]高机械稳定性结构色薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及结构色领域，公开了一种高机械稳定性结构色薄膜及其制备方法和应用。本发明的高机械稳定性结构色薄膜包括框架基层和结构色层，其中，所述框架基层具有一个以上的凹槽，所述结构色层形成于凹槽中；所述结构色层具有微纳结构，所述微纳结构能够与光相互作用产生结构色。根据本发明，能够提供一种高机械稳定性结构色薄膜及其制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及结构色领域，具体地涉及一种高机械稳定性结构色薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

结构色在自然界和生活中十分常见。与染料不同，结构色(structural colour)：又称物理色(physical colour)，是由于光与微纳结构发生折射、反射、衍射或干涉等相互作用而产生的颜色。结构色产生的原理是：当一束可见光(波长通常是400nm-800nm)照射到物质的微纳结构上时，波长与微纳结构尺寸相匹配的光就会被所述微纳结构选择性的反射或者散射回来，因此具有这种微纳结构的物质表面就会产生特定的颜色，从而产生结构色。

结构色作为自然界中一种很常见的色彩表现形式，几乎是随处可见。晴朗的天气下天空的蓝色通常被认为是来源于瑞利散射，水面上油渍的颜色源自薄膜干涉，彩虹源自折射，甲虫体壁表面的金属光泽和闪光，鸟类羽色的色彩，蝴蝶翅膀的颜色等是典型的结构色。结构色依赖于物质的微纳结构，相较于染料而言更加稳定、环保，只要微纳结构不被破坏，就不会褪色。

目前存在的结构色由微纳结构对光波进行干涉、衍射、散射而产生，但是其微纳结构在受到磨损时极易遭到破坏，因此失去结构色。因此本发明公开了一种制备高机械稳定性的框架结构，它保护内部生色结构免遭磨损，以增强结构色涂层的机械强度。

目前制备高机械强度的结构色涂层常用的方法一是对纳米颗粒改性，使纳米颗粒之间形成化学键增加纳米颗粒之间的黏附力；二是增加纳米颗粒之间的接触面积，增加结构强度。如文献Nanoscale,2018,10,3673–3679中制备出PDA@SiO₂结构，利用喷涂制备了无定形阵列，通过碱蒸汽处理，多巴胺壳层结构之间进一步氧化交联，得到高强度的光子晶体。在文献Macromol.Rapid.Commun.2007,28:1987-1994.中以聚甲基丙烯酸甲酯为核，采用甲基丙烯酸环氧丙酯作为壳层，组装得到有序结构后，在热引发下，发生开环聚合反应，使微球间的结合点处形成化学键合，增加了微球之间的结合力。在文献Macromol.Chem.Phys.2006,207,596–604中制备了以PS为硬核，以PMMA/PAA为弹性层的P(St-MMA-AA)核壳结构。这种核壳结构微球在加热条件下组装得到密堆积，壳层会发生软化并形成氢键作用，微球之间的空气被壳层结构代替，机械稳定性得到了大幅度的提高。此前几种方法是利用掺杂不同成分改变微球自身特性，进行“小尺度”上的增加黏附力，但是这些方法制备过程复杂。

因此，有必要设计一种制备方法简捷、成本低廉、环境友好的高机械稳定性的结构色薄膜。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的结构色的微纳结构容易被磨损破坏、无法应用于实际生活和生产的问题，提供一种高机械稳定性结构色薄膜及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高机械稳定性结构色薄膜，该薄膜包括框架基层和结构色层，其中，所述框架基层具有一个以上的凹槽，所述结构色层形成于凹槽中；所述结构色层具有微纳结构，所述微纳结构能够与光相互作用产生结构色。

优选地，所述框架基层的凹槽为沟槽状、半球状、碗状、倒金字塔状、倒三角锥形状、倒棱台形状和正方体形状中的一种或多种。

优选地，所述框架基层的凹槽为沟槽状时，其深度为0.1-5000μm，优选为1-1000μm，更优选为2-100μm。

优选地，所述框架基层的凹槽为半球状时，其直径为0.1-5000μm，优选为1-1000μm，更优选为2-100μm。