專(zhuān)利名稱(chēng)：自支撐的膠體光子晶體膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膠體光子晶體的制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及通過(guò)共交聯(lián)自組裝的 方法制備大面積、自支撐的膠體光子晶體的方法。
背景技術(shù)：
自從1987年光子晶體的概念提出后，光子晶體以其特殊的光調(diào)控性能在光學(xué)器 件、傳感器件及催化體系中都具有非常重要的應(yīng)用，因而光子晶體材料的制備和應(yīng)用備受 關(guān)注。而高質(zhì)量、大面積光子晶體的制備一直是影響光子晶體應(yīng)用的非常關(guān)鍵的因素。目 前光子晶體的制備方法主要有兩種一種是自上而下的微加工方法，該方法工藝復(fù)雜、成本 高，且亞微米尺度的光子晶體難以制備；另一種是由下而上的自組裝方法，該方法相對(duì)簡(jiǎn) 單、廉價(jià)，但膜很難避免缺陷。這兩種方法存在的問(wèn)題限制了光子晶體的實(shí)際應(yīng)用。為解決光子晶體制備中存在的問(wèn)題，我們?cè)谝郧暗膶?zhuān)利申請(qǐng)中(CN 200810115540. 9，CN =200910243197. 0)，通過(guò)普通的市售噴墨打印機(jī)制備得到了大面積、圖 案化的單帶隙及復(fù)合單帶隙的光子晶體，但所制備得到的光子晶體膜還存在一定的缺陷。 為解決該問(wèn)題，我們?cè)诒景l(fā)明中采用彈性材料為組裝基底，通過(guò)乳膠粒與其它可聚合單體 共交聯(lián)自組裝的方法，最終制備得到了大面積、自支撐的聚合物膠體光子晶體。這種通過(guò)采 用彈性基底及可聚合單體共交聯(lián)自組裝方法制備高強(qiáng)度的光子晶體的方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，能 有效的拓展光子晶體的應(yīng)用。該方面目前未見(jiàn)文獻(xiàn)及專(zhuān)利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大面積、自支撐的膠體光子晶體膜的簡(jiǎn)單制備方法。本發(fā)明以彈性材料作為組裝基底，同時(shí)將一定濃度的單分散乳膠粒的水乳液、可 聚合單體、引發(fā)劑及交聯(lián)劑以一定比例混合，將混合物滴涂或輥涂在彈性水凝膠基底上進(jìn) 行共交聯(lián)自組裝，在組裝過(guò)程中，可聚合單體及交聯(lián)劑在單分散乳膠粒間隙中聚合，水蒸發(fā) 干燥后，就可形成自支撐的周期性排列的三維膠體光子晶體膜。本發(fā)明的自支撐的膠體光 子晶體膜具有良好的光學(xué)性能，在光學(xué)器件，集成光路，傳感器件等方面具有潛在的應(yīng)用前
旦
ο本發(fā)明的自支撐的膠體光子晶體膜的制備方法包括以下步驟(1)彈性水凝膠基底的制備將可聚合單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑及水的混合溶液均勻涂布在基底上，經(jīng)光照和/或 加熱引發(fā)可聚合單體聚合后，得到彈性水凝膠基底；(2)自支撐的膠體光子晶體膜的制備將含可聚合單體、引發(fā)劑及交聯(lián)劑的單分散乳膠粒的水乳液均勻涂布在步驟(1) 得到的彈性水凝膠基底上，在光照和/或加熱條件下進(jìn)行單分散乳膠粒與可聚合單體及交 聯(lián)劑的共交聯(lián)自組裝，得到自支撐的膠體光子晶體膜。所述的加熱的溫度為30 90°C。
所述的光照的條件是用波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈作為光源，光照強(qiáng)度為 lmff/cm2 2W/cm2。步驟(2)所述的共交聯(lián)自組裝的空氣相對(duì)濕度為30 90RH%。所述的涂布方法為滴涂、旋涂或輥涂中的一種。所述的滴涂?jī)?yōu)選過(guò)程是將所述的混合溶液或所述的水乳液滴在基底上，所述的 混合溶液或所述的水乳液自然鋪展成膜。所述的旋涂?jī)?yōu)選過(guò)程是將所述的混合溶液或所述的水乳液滴在基底上，然后以 一定速度(500 2000rpm)旋涂成膜。所述的輥涂?jī)?yōu)選過(guò)程是將以上所述的混合溶液或所述的水乳液滴在基底上，然 后用玻璃棒輥涂成膜。步驟(1)用于涂布混合溶液的基底為聚合物薄膜、金屬、玻璃、硅片、陶瓷等中的 任意一種。所述的可聚合單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑及水的混合溶液中的可聚合單體的含量為 1 40wt%、引發(fā)劑的含量為0. 1 5wt%、交聯(lián)劑的含量為0. 1 5wt%、余量為水。所述的含可聚合單體、引發(fā)劑及交聯(lián)劑的單分散乳膠粒的水乳液中的可聚合單體 的含量為1 20wt %、引發(fā)劑的含量為0. 1 5wt %、交聯(lián)劑的含量為0. 1 5wt %、單分散 乳膠粒的含量為0. 5 40wt%、余量為水。所述的可聚合單體為丙烯酸、丙烯酸衍生物或它們的混合物。所述的丙烯酸衍生物選自甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-羥甲基 丙烯酰胺、N-甲基異丙基丙烯酰胺等所組成的組中的至少一種。所述的引發(fā)劑為光引發(fā)劑和/或熱引發(fā)劑。所述的光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2，4，6-三甲基苯甲?；?基膦酸乙酯、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮等中的一種。所述的熱引發(fā)劑為水溶性的過(guò)硫酸銨、水溶性的過(guò)硫酸鉀、水溶性的過(guò)氧化氫等
中的一種；或者是偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽等水溶性的偶氮類(lèi)引 發(fā)劑等中的一種。所述的交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。所述的單分散乳膠粒為市售產(chǎn)品或基于ZL200510011219. 2和ZL200510012021. 6 的方法合成；所述的單分散乳膠粒的粒徑為100 300nm，其是單分散聚合物乳膠粒、單分 散無(wú)機(jī)氧化物乳膠?；蛩鼈兊幕旌衔?。所述的單分散聚合物乳膠粒為硬核_軟殼結(jié)構(gòu)的單分散三嵌段聚合物乳膠粒、單 分散聚苯乙烯乳膠粒或單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒。所述的單分散無(wú)機(jī)氧化物乳膠粒是單分散二氧化硅乳膠粒或單分散二氧化鈦乳 膠粒。所述的硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散三嵌段聚合物乳膠粒可基于ZL200510011219. 2 和ZL200510012021. 6的方法合成。所述的單分散三嵌段聚合物乳膠粒是聚(苯乙烯_甲 基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠?；蚓?甲基苯乙烯_甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒。本發(fā)明中由單分散乳膠粒得到膠體光子晶體，所制備的光子晶體為光子帶隙涉及 紫外、可見(jiàn)或紅外光區(qū)域的膠體光子晶體。
本發(fā)明選用彈性的水凝膠膜作為基底，將單分散乳膠粒與含可聚合單體及交聯(lián)劑 的混合物涂布在彈性膜上進(jìn)行共交聯(lián)自組裝，最終實(shí)現(xiàn)了大面積、自支撐的膠體光子晶體 的簡(jiǎn)單、快速制備。該方法簡(jiǎn)單易行，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，有望實(shí)現(xiàn)大面積連續(xù)可調(diào)光子帶隙膠 體光子晶體膜的快速制備。以下結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例8制備得到的自支撐的膠體光子晶體膜掃描電鏡照片，可以看 出單分散乳膠粒實(shí)現(xiàn)了高度有序的組裝，乳膠粒之間以可聚合單體及交聯(lián)劑交聯(lián)成膜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1.將含有可聚合單體的混合液(丙烯酰胺Iwt %，過(guò)硫酸銨0. Iwt %，N，N-亞甲基 雙丙烯酰胺0. 1襯％，水98.8襯％ )以轉(zhuǎn)速為500rpm均勻旋涂在玻璃上，經(jīng)60°C熱交聯(lián)聚 合反應(yīng)1小時(shí)，得到彈性水凝膠基底。將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酰胺 Iwt %，過(guò)硫酸銨0. Iwt %，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. Iwt %，粒徑為IOOnm的單分散聚苯乙 烯乳膠粒40wt%，水58. Swt% )均勻滴涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得樣品在90°C， 及空氣相對(duì)濕度為60RH%的條件下放置5個(gè)小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例2.將含有可聚合單體的混合液(丙烯酸40wt%，過(guò)硫酸鉀5wt%,N,N-亞甲基雙丙烯 酰胺5wt%，水50wt% )以轉(zhuǎn)速為2000rpm均勻旋涂在硅片上，經(jīng)70°C熱交聯(lián)聚合反應(yīng)1小 時(shí)，得到彈性水凝膠基底。將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酸20wt%，過(guò)硫酸 鉀5wt %，N, N-亞甲基雙丙烯酰胺5wt %，粒徑為300nm的單分散二氧化硅乳膠粒0. 5wt %， 水69. 5wt% )均勻滴涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得樣品在60°C、及空氣相對(duì)濕度為 30RH%的條件下放置2個(gè)小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例3.將含有可聚合單體的混合液(甲基丙烯酸20wt%，過(guò)氧化氫2wt%，N, N-亞甲基 雙丙烯酰胺，水76wt% )均勻滴涂在不銹鋼片上，經(jīng)30°C熱交聯(lián)聚合反應(yīng)3小時(shí)，得 到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(甲基丙烯酸10襯％，過(guò) 氧化氫3wt%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺3wt%，粒徑為300nm的單分散聚(苯乙烯-甲基丙 烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒20wt%，水64wt% )均勻輥涂在上述彈性水凝膠基底上；將所 得樣品在30°C、及空氣相對(duì)濕度為90RH%的條件下放置12個(gè)小時(shí)后，得到自支撐的膠體光 子晶體膜。實(shí)施例4.將含有可聚合單體的混合液(N-異丙基丙烯酰胺20wt%，2，4，6_三甲基苯甲酰基 苯基膦酸乙酯3wt%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺3wt%，水74wt% )均勻輥涂在陶瓷片上，在 30°C、波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為5mW/cm2的條件下，光照交聯(lián)聚合反應(yīng)2小 時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酰胺5wt%， 2,4,6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴?wt%,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺2wt%，粒徑為220nm的單分散聚苯乙烯乳膠粒10wt%，水81wt% )均勻輥涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得 樣品在60°C、空氣相對(duì)濕度為60RH%、波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為50mW/cm2 的條件下，光照1小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例5.將含有可聚合單體的混合液(N-羥甲基丙烯酰胺20wt%，2_羥基-2-甲基苯 基-I-丙酮2wt%,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺Iwt%，水77wt% )均勻輥涂在玻璃上，在40°C、 波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為lmW/cm2的條件下光照，交聯(lián)聚合反應(yīng)3小時(shí)， 得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(N-甲基異丙烯酰胺 5wt %，2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮2wt %，及N，N-亞甲基雙丙烯酰胺2wt %，粒徑 為IOOnm的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒15wt%，水76wt% ) 均勻滴涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得樣品在30°C、空氣相對(duì)濕度為30RH%、波長(zhǎng)為 200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為2W/cm2的條件下，光照20分鐘后，得到自支撐的膠體光 子晶體膜。實(shí)施例6.將含有可聚合單體的混合液(丙烯酰胺40wt%，1-羥基環(huán)己基苯基甲酮2wt%， N，N-亞甲基雙丙烯酰胺2wt%，水56wt% )均勻滴涂在陶瓷片上，在30°C、波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為20mW/cm2的條件下光照，交聯(lián)聚合反應(yīng)45分鐘，得到彈性水凝膠 基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(N-甲基異丙基丙烯酰胺5wt%，2-羥 基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，及N，N-亞甲基雙丙烯酰胺Iwt%，粒徑為200nm的單 分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒10wt%，水83wt%)均勻滴涂在上述 彈性水凝膠基底上；將所得樣品在60°C、空氣相對(duì)濕度為90RH%、波長(zhǎng)為200nm 400nm的 紫外燈、及光強(qiáng)為lmW/cm2的條件下，光照5小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例7.將含有可聚合單體的混合液(N-羥甲基丙烯酰胺IOwt %，過(guò)硫酸銨0. 5wt %，N， N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 5wt%，水89wt% )均勻滴涂在硅片上，經(jīng)50°C熱交聯(lián)聚合反應(yīng)1 小時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(N-甲基異丙基 丙烯酰胺8wt%，過(guò)硫酸銨0. 5wt%,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 5wt%，粒徑為220nm的單分 散聚苯乙烯乳膠粒15wt%，水76wt% )，均勻滴涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得樣品在 90°C、及空氣相對(duì)濕度為90RH%的條件下放置6個(gè)小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例8.將含有可聚合單體的混合液(N-異丙基丙烯酰胺15wt%，甲基丙烯酸2wt%，過(guò)硫 酸鉀3wt%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺3wt%，水77wt% )均勻滴涂在玻璃上，經(jīng)50°C熱交聯(lián) 聚合反應(yīng)1小時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙 烯酸Iwt%，甲基丙烯酸2wt%，過(guò)硫酸鉀0. 5wt%, N, N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 5wt%，粒徑 為240nm的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒5wt%，水91wt% )均 勻滴涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得樣品在60°C、及空氣相對(duì)濕度為90冊(cè)％的條件下 放置9個(gè)小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例9.將含有可聚合單體的混合液(丙烯酰胺25wt %，N-異丙基丙烯酰胺5wt %，過(guò)氧化氫5wt%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺5wt%，水60wt% )均勻滴涂在玻璃上，經(jīng)50°C熱交聯(lián)聚 合反應(yīng)1小時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酰 胺15wt%，N-異丙基丙烯酰胺5wt%，過(guò)氧化氫0. 5wt%,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 5wt%， 粒徑為150nm的單分散聚苯乙烯乳膠粒8wt%，水71wt% )均勻滴涂在上述彈性水凝膠基 底上；將所得樣品在30°C、及空氣相對(duì)濕度為90RH%的條件下放置12個(gè)小時(shí)后，得到自支 撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例10.將含有可聚合單體的混合液(N-異丙基丙烯酰胺15wt%，2，4，6_三甲基苯甲?；?苯基膦酸乙酯2wt%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺2wt%，水81wt% )均勻輥涂在陶瓷片上，在 30°C、波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為2W/cm2的條件下光照，交聯(lián)聚合反應(yīng)25分 鐘，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酰胺5wt%， 2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯Iwt %，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺Iwt %，粒徑為200nm 的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒10wt%，水83wt% )均勻輥涂在 彈性水凝膠基底上；將所得樣品在50°C、空氣相對(duì)濕度為60RH%、波長(zhǎng)為200nm 400nm的 紫外燈、及光強(qiáng)為lOmW/cm2的條件下，光照2小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例11.將含有可聚合單體的混合液(甲基丙烯酸20wt%，2_羥基-2-甲基-1-苯 基-1-丙酮4wt%,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺4wt%，水72wt% )均勻輥涂在玻璃上，在50°C、 波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為15mW/cm2的條件下光照，交聯(lián)聚合反應(yīng)1. 5小 時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酰胺5wt%， 2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮2wt%,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺2wt%，粒徑為IOOnm的 單分散二氧化硅乳膠粒10wt%，水81wt% )均勻滴涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得樣 品在30°C、空氣相對(duì)濕度為30RH%、波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為2W/cm2的 條件下，光照20分鐘后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例12.將含有可聚合單體的混合液(N-異丙基丙烯酰胺10wt%，l_羥基環(huán)己基苯基甲 酮2wt%，N, N-亞甲基雙丙烯酰胺2wt%，水86wt% )均勻滴涂在陶瓷片上，在50°C、波長(zhǎng) 為200nm 400nm的紫外燈、及光強(qiáng)為20mW/cm2的條件下光照，交聯(lián)聚合反應(yīng)50分鐘，得 到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酰胺6wt%，2-羥 基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮Iwt %，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺Iwt %，粒徑為220nm的單分 散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒10wt%，水82wt% )均勻滴涂在上述彈 性水凝膠基底上；將所得樣品在60°C、空氣相對(duì)濕度為90RH%、波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫 外燈、及光強(qiáng)為15mW/cm2的紫外燈光照放置6小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例13.將含有可聚合單體的混合液(甲基丙烯酸12wt %，過(guò)硫酸銨4wt %，N，N-亞甲基 雙丙烯酰胺4wt%，水80wt% )以轉(zhuǎn)速為IOOOrpm均勻旋涂在玻璃上，在60°C熱交聯(lián)聚合 反應(yīng)1小時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混合物水溶液(丙烯酸 5wt%，過(guò)硫酸銨Iwt %，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺Iwt %，粒徑為IOOnm的單分散聚苯乙烯乳 膠粒5wt%，水88wt% )，均勻滴涂在上述彈性水凝膠基底上；將所得樣品在50°C、及空氣相對(duì)濕度為60冊(cè)％的條件下，放置5個(gè)小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例14.將含有可聚合單體的混合液(N-異丙基丙烯酰胺IOwt %，丙烯酸IOwt %，丙烯酰 胺20wt %，過(guò)硫酸鉀5wt %, N, N-亞甲基雙丙烯酰胺5wt %，水50wt % )以轉(zhuǎn)速為2000rpm 均勻旋涂在硅片上，在70°C熱交聯(lián)聚合反應(yīng)1小時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳 膠粒與單體的混合物水溶液(甲基丙烯酸5wt %，丙烯酸5wt %，丙烯酰胺IOwt %，過(guò)硫酸 鉀2wt%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺2wt%，粒徑為300nm的單分散聚苯乙烯乳膠粒IOwt %， 水66wt% )均勻滴涂在上述的彈性水凝膠基底上；將所得樣品在60°C、及空氣相對(duì)濕度為 60RH%的條件下放置5個(gè)小時(shí)后，得到自支撐的膠體光子晶體膜。實(shí)施例15.將含有可聚合單體的混合液(N-羥甲基丙烯酰胺5wt %，丙烯酸5wt %，丙烯酰胺 IOwt%，過(guò)氧化氫Iwt%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺1襯％，水78wt% )均勻滴涂在聚合物片 上，在30°C熱交聯(lián)聚合反應(yīng)5小時(shí)，得到彈性水凝膠基底。然后將單分散乳膠粒與單體的混 合物水溶液(N-異丙基丙烯酰胺15wt%，過(guò)氧化氫Iwt %，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺Iwt %， 粒徑為200nm的單分散二氧化硅乳膠粒10襯％，水73wt% )均勻輥涂在上述彈性水凝膠基 底上；將所得樣品在30°C、及空氣相對(duì)濕度為90RH%的條件下，放置12個(gè)小時(shí)后，得到自支 撐的膠體光子晶體膜。
權(quán)利要求
一種自支撐的膠體光子晶體膜的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)彈性水凝膠基底的制備將可聚合單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑及水的混合溶液均勻涂布在基底上，經(jīng)光照和/或加熱引發(fā)可聚合單體聚合后，得到彈性水凝膠基底；(2)自支撐的膠體光子晶體膜的制備將含可聚合單體、引發(fā)劑及交聯(lián)劑的單分散乳膠粒的水乳液均勻涂布在步驟(1)得到的彈性水凝膠基底上，在光照和/或加熱條件下進(jìn)行單分散乳膠粒與可聚合單體及交聯(lián)劑的共交聯(lián)自組裝，得到自支撐的膠體光子晶體膜；所述的可聚合單體為丙烯酸、丙烯酸衍生物或它們的混合物；所述的交聯(lián)劑為N，N 亞甲基雙丙烯酰胺；所述的單分散乳膠粒為單分散聚合物乳膠粒、單分散無(wú)機(jī)氧化物乳膠粒或它們的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的加熱的溫度為30 90°C；所述的光照的條件是用波長(zhǎng)為200nm 400nm的紫外燈作為光源，光照強(qiáng)度為ImW/ cm2 2W/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是步驟(2)所述的共交聯(lián)自組裝的空氣 相對(duì)濕度為30 90RH%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的可聚合單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑及 水的混合溶液中的可聚合單體的含量為1 40wt%、引發(fā)劑的含量為0. 1 5wt%、交聯(lián)劑 的含量為0. 1 5wt%、余量為水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的含可聚合單體、引發(fā)劑及交聯(lián) 劑的單分散乳膠粒的水乳液中的可聚合單體的含量為1 20wt%、引發(fā)劑的含量為0. 1 、交聯(lián)劑的含量為0. 1 5wt%、單分散乳膠粒的含量為0. 5 40wt%、余量為水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的丙烯酸衍生物選自甲基丙烯酸、 丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、N-甲基異丙基丙烯酰胺所組成的組中 的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的引發(fā)劑為光引發(fā)劑和/或熱引 發(fā)劑；其中所述的光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2，4，6-三甲基苯甲?；交?酸乙酯、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮中的一種；所述的熱引發(fā)劑為水溶性的過(guò)硫酸銨、水溶性的過(guò)硫酸鉀、水溶性的過(guò)氧化氫、水溶性 的偶氮二異丁脒鹽酸鹽、水溶性的偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的單分散聚合物乳膠?；騿畏稚?無(wú)機(jī)氧化物乳膠粒的粒徑為100 300nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的制備方法，其特征是所述的單分散聚合物乳膠粒為硬 核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散三嵌段聚合物乳膠粒、單分散聚苯乙烯乳膠粒或單分散聚甲基丙烯 酸甲酯乳膠粒；所述的單分散無(wú)機(jī)氧化物乳膠粒是單分散二氧化硅乳膠粒或單分散二氧化鈦乳膠粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是所述的單分散三嵌段聚合物乳膠粒是聚(苯乙烯_甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠?；蚓?甲基苯乙烯_甲基丙烯酸甲酯_丙 烯酸)乳膠粒。
全文摘要
本發(fā)明屬于膠體光子晶體的制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及通過(guò)共交聯(lián)自組裝的方法制備大面積、自支撐的膠體光子晶體的方法。本發(fā)明以彈性材料作為組裝基底，同時(shí)將一定濃度的單分散乳膠粒的水乳液、可聚合單體、引發(fā)劑及交聯(lián)劑以一定比例混合，將混合物滴涂或輥涂在彈性水凝膠基底上進(jìn)行共交聯(lián)自組裝，在組裝過(guò)程中，可聚合單體及交聯(lián)劑在單分散乳膠粒間隙中聚合，水蒸發(fā)干燥后，就可形成自支撐的周期性排列的三維膠體光子晶體膜。本發(fā)明的自支撐的膠體光子晶體具有良好的光學(xué)性能，在光學(xué)器件，集成光路，傳感器件等方面具有潛在的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C04B41/83GK101934267SQ20101025843
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者宋延林, 李志榮, 王京霞, 黃羽 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所