本發(fā)明涉及一種制備大面積不開裂膠體光子晶體膜的方法，更具體地說涉及利用聚氨酯中氫鍵增強(qiáng)膠體微球間結(jié)合力，實(shí)現(xiàn)光子晶體大面積成膜而不產(chǎn)生裂紋，并進(jìn)一步用于增強(qiáng)量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)：

膠體光子晶體是一種由單分散有機(jī)或無機(jī)膠體粒子，通過自下而上法制備的新型功能材料。由于其在空間上長(zhǎng)程有序的周期性排列，具有光子禁帶的特征，因而被廣泛應(yīng)用于顯示、化學(xué)傳感及熒光增強(qiáng)等領(lǐng)域。目前，如何解決大面積成膜而不開裂的問題成為光子晶體研究的熱點(diǎn)。至今為止，已報(bào)道的光子晶體成膜的方法有：垂直沉積法、外場(chǎng)力誘導(dǎo)組裝法、模板組裝法等，然而這些方法存在步驟繁瑣、耗費(fèi)昂貴等問題，大大限制了膠體光子晶體的實(shí)際應(yīng)用。而且在成膜過程中，溶劑揮發(fā)時(shí)，膠體微球之間的毛細(xì)管力會(huì)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，當(dāng)此橫向壓應(yīng)力超過臨界值，最終形成的光子晶體膜會(huì)出現(xiàn)裂紋，裂紋的產(chǎn)生嚴(yán)重限制了膠體光子晶體膜的大面積制備。因此，如何利用簡(jiǎn)單有效、低成本的方法解決成膜過程中的開裂問題對(duì)快速大面制備高性能光子晶體膜顯得尤為重要。

近年來，盡管led器件經(jīng)歷了充足的發(fā)展，但是，較低的光提取效率嚴(yán)重限制led光源輸出功率。因此研發(fā)高功率的led器件成為拓寬led應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服光子晶體成膜步驟復(fù)雜，容易開裂，難以大面積施工等缺點(diǎn)，從而提供一種制備大面積不開裂膠體光子晶體膜的方法。此方法條件溫和，步驟簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，所制備的膠體光子晶體膜具有大面積、不開裂、光學(xué)性質(zhì)優(yōu)異的特點(diǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在膠體微球乳液體系中引入含有氫鍵網(wǎng)絡(luò)的聚氨酯乳液，通過微球和聚氨酯網(wǎng)絡(luò)的氫鍵作用以增強(qiáng)微球間結(jié)合力，從而實(shí)現(xiàn)大面積成膜而不開裂。本發(fā)明利用高光學(xué)質(zhì)量的光子晶體膜極強(qiáng)的布拉格衍射作用，使得光子以減弱的群速度在光子晶體中傳播，達(dá)到光增益的效果，即達(dá)到熒光增強(qiáng)的效果。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種制備膠體光子晶體和量子點(diǎn)復(fù)合膜的方法，其具體步驟如下：將水性聚氨酯分散到膠體粒子溶液中；然后以配制成的均相溶液為涂膜液，用絲棒在親水基底上刮涂出大面積膠體光子晶體膜；最后在膠體光子晶體膜的表面用旋涂?jī)x旋涂出一層量子點(diǎn)。

優(yōu)選上述的涂膜液是膠體粒子和聚氨酯的混合水溶液；其中涂膜液中膠體粒子的質(zhì)量濃度為25％-35％，聚氨酯的質(zhì)量濃度為1％-5％。

優(yōu)選上述的膠體粒子是表面羧基改性的單分散聚苯乙烯膠體微球；表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球的粒徑范圍180nm-300nm，單分散系數(shù)為1％-5％。

優(yōu)選所刮涂出的膠體光子晶體膜的禁帶位置位于510nm-620nm。

優(yōu)選旋涂?jī)x旋涂所用的溶液為cdte量子點(diǎn)和pva的混合水溶液，其中cdte量子點(diǎn)在混合水溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％-1％，pva在混合水溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％-2％。

優(yōu)選cdte量子點(diǎn)的發(fā)射峰在510nm-620nm之間。優(yōu)選旋涂?jī)x的旋涂速度為1000rpm-2500rpm，時(shí)間為30s-60s。

優(yōu)選上述的親水基底為玻璃、硅片或塑料中的一種。優(yōu)選所述的親水基底的接觸角為10°-25°。

有益效果：

1、本發(fā)明制備的膠體光子晶體膜具有柔性，不易開裂的物理性能，結(jié)構(gòu)色絢麗、禁帶位置可調(diào)的光學(xué)性能。

2、本發(fā)明制備的膠體光子晶體膜具有易于大面積施工，具有工業(yè)應(yīng)用前景的特點(diǎn)。

3、本發(fā)明制備的基于膠體光子晶體的量子點(diǎn)膜熒光性能優(yōu)異，穩(wěn)定性好，熒光強(qiáng)度比普通量子點(diǎn)膜有顯著提高。

4、本發(fā)明制備的基于膠體光子晶體的量子點(diǎn)膜可以作為熒光體有效應(yīng)用于發(fā)光器件中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1膠體光子晶體膜的實(shí)物圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1膠體光子晶體膜的電鏡掃面圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1膠體光子晶體膜反射光譜圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1膠體光子晶體增強(qiáng)量子點(diǎn)膜的熒光圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1量子點(diǎn)膜在不同基底下的熒光光譜圖，其中，曲線a為不開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點(diǎn)熒光光譜，b為開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點(diǎn)熒光光譜，c為pet塑料上成膜的量子點(diǎn)熒光光譜圖。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅僅限定于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

在粒徑為228nm，單分散系數(shù)為1％的表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球乳液中加入聚氨酯乳液，制成的混合溶液，其中聚苯乙烯微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，聚氨酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％。超聲分散均勻，直至無氣泡。然后用絲棒在接觸角為18°的pet塑料膜表面進(jìn)行刮涂，待溶劑干燥，可以獲得不開裂的光子晶體膜。

圖1為所述的光子晶體膜實(shí)物圖，尺寸為30*40cm，光子晶體膜顯示亮麗的綠色結(jié)構(gòu)色，表面均勻無開裂現(xiàn)象。

將所述光子晶體膜進(jìn)行電鏡掃描，結(jié)果參見圖2，結(jié)果顯示所制備的光子晶體膜由單分散膠體粒子組成，為短程有序的緊密排列。

圖3為所述的光子晶體膜的反射光譜圖，光子晶體膜的光子禁帶位于540nm，半峰寬30nm，反射強(qiáng)度高。

在pva水溶液中加入水相cdte(發(fā)射峰540nm)，制成混合溶液，混合溶液中，cdte質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％，pva的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％。

在禁帶位置540nm的膠體光子晶體膜上滴加cdte/pva溶液，以1200rpm的速度旋涂30s。

待溶劑揮發(fā)，對(duì)膠體光子晶體增強(qiáng)的量子點(diǎn)膜進(jìn)行固體熒光測(cè)試。

圖5為所述不開裂膠體光子晶體增強(qiáng)的量子點(diǎn)的熒光光譜圖。其中，曲線a為不開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點(diǎn)熒光光譜，b為開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點(diǎn)熒光光譜，c為pet塑料上成膜的量子點(diǎn)熒光光譜圖。可以看出不加聚氨酯的膠體光子晶體膜使cdte量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度增加了一倍，而加入聚氨酯后不開裂膠體光子晶體膜使cdte量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度增加了三倍。該熒光光譜圖說明，本發(fā)明制備的不開裂膠體光子晶體膜在量子點(diǎn)熒光增強(qiáng)效應(yīng)中效率更高。

實(shí)施例2

在粒徑為211nm，單分散系數(shù)為3％的表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球中加入聚氨酯乳液，制成的混合溶液中，聚苯乙烯微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％，聚氨酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％。超聲分散均勻，直至無氣泡。然后用絲棒在接觸角為13°的玻璃表面進(jìn)行刮涂，待溶劑干燥，可以獲得不開裂的光子晶體膜。

在濃度為1％的pva水溶液中加入水相cdte(發(fā)射峰500nm)，制成混合溶液，混合溶液中，cdte質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％，pva的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％。在膠體光子晶體膜上滴加cdte/pva溶液，以1500rpm的速度旋涂45s。

所制得的光子晶體膜尺寸為35*42cm，對(duì)所得膠體光子晶體膜進(jìn)行反射光譜測(cè)試，測(cè)得其禁帶位置位于500nm，對(duì)所得光子晶體/量子點(diǎn)復(fù)合膜進(jìn)行熒光光譜測(cè)試，測(cè)得其熒光發(fā)射峰位于502nm。對(duì)比原始量子點(diǎn)膜發(fā)現(xiàn)，熒光強(qiáng)度有較大增強(qiáng)。結(jié)果表明，本發(fā)明制備的光子晶體膜對(duì)于量子點(diǎn)膜具有良好的熒光增強(qiáng)效應(yīng)。

實(shí)施例3

在粒徑為256nm，單分散系數(shù)為5％的表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球中加入聚氨酯乳液，制成的混合溶液中，聚苯乙烯微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％，聚氨酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。超聲分散均勻，直至無氣泡。然后用絲棒在接觸角為24°的硅片表面進(jìn)行刮涂，待溶劑干燥，可以獲得不開裂的光子晶體膜。

在濃度為1.5％的pva水溶液中加入水相cdte(發(fā)射峰610nm)，制成混合溶液?；旌先芤褐?，cdte質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％，pva的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％。在禁帶位置610nm的膠體光子晶體膜上滴加cdte/pva溶液，以2000rpm的速度旋涂60s。

所制得的光子晶體膜尺寸為32*41cm，對(duì)所得膠體光子晶體膜進(jìn)行反射光譜測(cè)試，測(cè)得其禁帶位置位于606nm，對(duì)所得光子晶體/量子點(diǎn)復(fù)合膜進(jìn)行熒光光譜測(cè)試，測(cè)得其熒光發(fā)射峰位于610nm。對(duì)比原始量子點(diǎn)膜發(fā)現(xiàn)，熒光強(qiáng)度有較大增強(qiáng)。結(jié)果表明，本發(fā)明制備的光子晶體膜對(duì)于量子點(diǎn)膜具有良好的熒光增強(qiáng)效應(yīng)。