本發(fā)明屬于大面積結(jié)構(gòu)色圖案制備領(lǐng)域，特別涉及一種利用噴墨打印技術(shù)在紙上得到大面積結(jié)構(gòu)生色圖案的方法。

背景技術(shù)：

通過(guò)光的色散、折射、衍射、干涉而產(chǎn)生的顏色效應(yīng)稱為結(jié)構(gòu)色。結(jié)構(gòu)色具有光亮度、高飽和度、永不褪色等特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，所以，近些年如何制備大面積的結(jié)構(gòu)色光子晶體圖案受到人們極大的關(guān)注。目前，得到結(jié)構(gòu)色圖案的方法包括自組裝法、垂直沉積法、旋轉(zhuǎn)涂層法和噴墨打印技術(shù)。自組裝方法需要使用圖案化的模板基底,在空間限域作用下組裝膠體粒子到模板上,難以大規(guī)模制備,限制了圖案化光子晶體的實(shí)際應(yīng)用。豎直沉積方法是基于乳膠粒蒸發(fā)過(guò)程中的回流力及毛細(xì)力實(shí)現(xiàn)乳膠粒組裝，是迄今為止膠體晶體制備的最為常用的方法。但仍不能滿足對(duì)大面積樣品的制備需求，為此旋轉(zhuǎn)涂層方法被用于膠體晶體的大面積制備。但該方法需要將單分散膠乳樣品分散在高黏度分散液中，其再分散過(guò)程的工藝非常繁瑣，且有時(shí)很難找到合適的分散體系。而噴墨打印技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)大面積復(fù)雜圖案的直接書(shū)寫(xiě)和復(fù)合功能材料的圖案化，且制備簡(jiǎn)便，成本低廉，無(wú)需使用預(yù)先圖案化的模板。另外，噴墨打印技術(shù)打印的結(jié)構(gòu)色圖案可以使墨水均勻沉積在基質(zhì)表面，從而使得到的大面積結(jié)構(gòu)色圖案顏色均一。

對(duì)于噴墨打印技術(shù)制備大面積結(jié)構(gòu)色光子晶體圖案，人們一般使用兩類設(shè)備，一類是普通的噴墨打印機(jī)，另外一類就是材料噴墨沉積儀。前者價(jià)格低廉，打印的基質(zhì)一般選擇PET，墨水的材料包括聚合物微球(Journal of Materials Chemistry,2009,19(31):5499-5502.)、TiO₂(ACS nano,2016,10(3):3078-3086.)等。材料噴墨沉積儀相對(duì)于普通噴墨打印機(jī)價(jià)格昂貴，使其應(yīng)用受到限制。宋延林等利用材料噴印沉積儀將聚合物微球打印在疏水的PDMS基質(zhì)上(Advanced Optical Materials,2014,2(1):34-38.)。利用液滴在基底表面上三相線的滑移抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)，制備具有較大高徑比且納米粒子緊密堆積的組裝結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得到角度無(wú)關(guān)的結(jié)構(gòu)色圖案。

以上兩種方法雖然能夠得到大面積的結(jié)構(gòu)色圖案，但兩種方法所需基質(zhì)材料都要經(jīng)過(guò)預(yù)先處理，且第二種設(shè)備價(jià)格昂貴，限制了其使用。因此仍然有必要開(kāi)發(fā)一種利用普通噴墨打印機(jī)在紙上打印得到大面積結(jié)構(gòu)色圖案的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單普適的制備大面積結(jié)構(gòu)色圖案的方法，利用普通噴墨打印機(jī)在無(wú)需預(yù)處理的紙上得到大面積結(jié)構(gòu)色圖案。該方法不僅成本低廉，同時(shí)使用的基質(zhì)材料不需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，方法實(shí)用性強(qiáng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：將含有高折射率單分散微球的墨水裝于墨盒內(nèi)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)圖案，利用噴墨打印機(jī)使墨水在紙上均勻沉積，得到大面積的結(jié)構(gòu)色圖案。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程包含以下工藝步驟：

①制備單分散膠體微球，將由單分散膠體微球、高沸點(diǎn)助劑、乙醇、甘油、表面活性劑、消泡劑、膠黏劑、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水混合，超聲分散得到的墨水裝于噴墨打印機(jī)的墨盒中；

②通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)圖案；

③將②所設(shè)計(jì)的圖案用①所配制的墨水通過(guò)噴墨打印技術(shù)打印在紙上，得到大面積結(jié)構(gòu)色圖案。

所述高沸點(diǎn)助劑為沸點(diǎn)大于180℃的有機(jī)溶劑。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述高折射率單分散亞微米膠體微球?yàn)檎凵渎蚀笥?的納米微球，硫化鎘(CdS)，氧化亞銅(Cu₂O)，二氧化鈦(TiO₂)，硫化鋅(ZnS)或氧化鋅(ZnO)中的一種。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述單分散膠體微球粒徑范圍為90～400nm。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述單分散膠體微球、高沸點(diǎn)助劑、乙醇、甘油、表面活性劑、消泡劑、膠黏劑、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水混合，超聲分散得到的墨水中單分散膠體微球的含量為5～20wt％、高沸點(diǎn)助劑的含量為5～15wt％、乙醇的含量為8～20wt％、甘油的含量為1～5wt％、表面活性劑的含量為2～5wt％、消泡劑的含量為0.1～0.2wt％，膠黏劑的含量為1～4wt％，pH調(diào)節(jié)劑的含量為2～4wt％，余量為去離子水。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述高沸點(diǎn)助劑為乙二醇、二乙二醇或甲酰胺。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述表面活性劑為OP-10或聚乙烯吡咯烷酮。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述消泡劑為磷酸三丁酯。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述膠黏劑為聚乙烯醇、聚氨酯樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)酯中的一種。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述的pH調(diào)節(jié)劑為三乙醇胺、二乙醇胺和乙醇胺中的一種。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟①中所述的紙為銅版紙、RC相紙和高光相紙中的一種。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，步驟③中所述打印機(jī)為噴墨打印機(jī)。

發(fā)明有益效果

本發(fā)明利用普通噴墨打印機(jī)，使得含有單分散微球的墨水在紙上均勻沉積，基質(zhì)無(wú)需預(yù)處理，最終得到大面積的結(jié)構(gòu)色圖案。該方法不僅成本低廉，同時(shí)使用的基質(zhì)材料不需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，方法實(shí)用性強(qiáng)。

本發(fā)明提供一種由上述方法制備，在紙張上得到大面積的結(jié)構(gòu)色圖案。

本發(fā)明提供一種由上述方法制備得到的含有大面積結(jié)構(gòu)色圖案的紙張。

附圖說(shuō)明

圖1中a，b，c分別為實(shí)施例1中噴墨打印大面積的紅色結(jié)構(gòu)色圖案的數(shù)碼照片圖、掃描電鏡圖以及反射光譜圖；

圖2中a，b，c分別為實(shí)施例2中噴墨打印大面積的綠色結(jié)構(gòu)色圖案的數(shù)碼照片圖、掃描電鏡圖以及反射光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明中的較佳實(shí)施例進(jìn)行闡述，使本發(fā)明能夠更好地被本領(lǐng)域技術(shù)研究人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出清晰明確的界定。

實(shí)施例1

噴墨打印CdS墨水得到大面積的紅色結(jié)構(gòu)色圖案.

首先制備單分散CdS膠體微球，具體制備方法如下：

稱取6g聚乙烯吡咯烷酮粉末(PVP)，加入150mL二乙二醇，再加入等物質(zhì)的量的硝酸鎘和硫脲粉末，硝酸鎘和硫脲的物質(zhì)的量為15mmol，攪拌至所有粉末完全溶解。將溶液加熱至160℃，保溫反應(yīng)5h后自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心后乙醇和水洗3次干燥。

稱取一定量單分散CdS微球粉末，充分研磨，其中，加入單分散膠體微球的含量為12wt％、乙二醇的含量為5wt％、乙醇的含量為10wt％、甘油的含量為5wt％、PVP的含量為2.7wt％、磷酸三丁酯的含量為0.1wt％，聚乙烯醇的含量為1wt％，三乙醇胺的含量為3wt％，余量為去離子水。超聲30min，配制成分散均勻的墨水。

將配置好的墨水裝于墨盒內(nèi)，利用噴墨打印機(jī)打印已經(jīng)設(shè)計(jì)好的圖案，使墨水中的CdS納米粒子在高光相紙上均勻沉積，最終得到大面積的紅色結(jié)構(gòu)色圖案。

實(shí)施例2

噴墨打印CdS墨水得到大面積的紅色結(jié)構(gòu)色圖案.

首先制備單分散CdS膠體微球，具體制備方法如下：

稱取6g聚乙烯吡咯烷酮粉末(PVP)，加入150mL二乙二醇，再加入等物質(zhì)的量的硝酸鎘和硫脲粉末，硝酸鎘和硫脲的物質(zhì)的量為20mmol，攪拌至所有粉末完全溶解。將溶液加熱至162℃，保溫反應(yīng)6h后自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心后乙醇和水洗3次干燥。

稱取一定量單分散CdS微球粉末，充分研磨，其中，加入單分散膠體微球的含量為15wt％、乙二醇的含量為5wt％、乙醇的含量為10wt％、甘油的含量為5wt％、PVP的含量為3wt％、磷酸三丁酯的含量為0.1wt％，聚乙烯醇的含量為1.5wt％，三乙醇胺的含量為3wt％，余量為去離子水。超聲30min，配制成分散均勻的墨水。

將配置好的墨水裝于墨盒內(nèi)，利用噴墨打印機(jī)打印已經(jīng)設(shè)計(jì)好的圖案，使墨水中的CdS納米粒子在高光相紙上均勻沉積，最終得到大面積的綠色結(jié)構(gòu)色圖案。