一種一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化工材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，根據(jù)光子晶體原理，不改變涂料加工工藝，改變涂料配方和涂刷方式形成一維光子晶體涂層，形成的一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料涂層能屏蔽或反射特殊頻率范圍內(nèi)的電磁波，可大面積實(shí)際采用，涂料性能穩(wěn)定，能與防腐、阻燃等其他防護(hù)結(jié)合，具有環(huán)保、成本低和實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于化工材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，根據(jù)光子晶 體原理，不改變涂料加工工藝，只簡(jiǎn)單改變涂料配方和涂刷方式形成一維光子晶體涂層，形 成的一維光子晶體涂層能屏蔽或反射特殊頻率范圍內(nèi)的電磁波，可大面積實(shí)際采用。
【背景技術(shù)】：
[0002] 乳膠漆、水性防銹漆等涂料在住房、交通、石油化工、海洋工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多 領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。涂料研究的發(fā)展有兩個(gè)主要趨勢(shì)：（1)減少環(huán)境污染和對(duì)人身健康有害，傳 統(tǒng)的涂料多為溶劑型的，例如有醇酸、環(huán)氧酯、氯化橡膠、高氯化聚乙烯等，其中均含有大量 的有機(jī)溶劑，使用時(shí)還常加入有機(jī)溶劑稀釋，這些溶劑在施工中揮發(fā)到大氣中，不僅造成大 量資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，而且產(chǎn)生火災(zāi)隱患，并危害施工人員健康;涂料涂裝過(guò)程中揮發(fā)出 來(lái)的有機(jī)揮發(fā)物(VOC)，僅次于汽車尾氣，占全球VOC總量的20-25%，是大氣污染的主要污 染源之一，隨著世界各國(guó)環(huán)保要求日益嚴(yán)格，采用環(huán)境友好型的涂料替代溶劑型涂料是研 究發(fā)展的大趨勢(shì)；（2)增加涂料材料的隔熱、防電磁波、預(yù)警和抗高溫等特殊性能，如果涂層 能一定程度上隔熱，就可以達(dá)到節(jié)約保溫材料或節(jié)能的功效;如果涂層能屏蔽一定頻率的 電磁波，就能起到設(shè)備不被雷達(dá)探測(cè)到的作用，從而達(dá)到對(duì)儀器探測(cè)隱身的目的，等等。這 些特殊功能涂料的研究正在興起。
[0003] 對(duì)于上述第一條趨勢(shì)，水性涂料被公認(rèn)為環(huán)境友好型的涂料，所以眾多研究是以 水性涂料研究為基礎(chǔ)的，但是，對(duì)于第二條趨勢(shì)，由于涉及特殊性能，相關(guān)研究的途徑很不 一樣，在增加材料的隔熱、防電磁波方面，光子晶體有其獨(dú)到的特點(diǎn)，光子晶體不是特殊的 晶體，而是近二十幾年來(lái)出現(xiàn)的一種周期性變化的微納結(jié)構(gòu)，它最基本的特點(diǎn)是具有光子 禁帶，即某些特殊頻率的電磁波不能在光子晶體結(jié)構(gòu)里傳播。而且由于日常熱輻射主要是 紅外電磁波，所以光子晶體可以應(yīng)用于增加涂料材料的隔熱和防電磁波等性能方面。
[0004] 光子晶體按電磁波的頻率，可分為微波光子晶體、紅外波光子晶體、可見(jiàn)光子晶體 等等;按材料分，可分為金屬光子晶體、半導(dǎo)體光子晶體、氧化物光子晶體和聚合物光子晶 體等等;按其用途分，可分為微腔、波導(dǎo)、光線和天線等。一種更普遍的分類方法，是光子晶 體按照折射率周期性變化的空間維度分為一維、二維和三維光子晶體。
[0005] 現(xiàn)在，光子晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)用在涂料方面，以增加材料的隔熱、防電磁波方面的應(yīng)用很 少，主要有：（1)一維光子晶體：有的研究建議采用LiF和Si形成不同的涂層，或者是Si和 SiO2形成的涂層，實(shí)現(xiàn)隔絕紅外電磁波傳播(隱身）。但這些研究都是以模擬為主，很難通過(guò) 實(shí)際涂料實(shí)現(xiàn)這樣的涂層，雖然實(shí)際中可能可以制作出這樣的結(jié)構(gòu)，但是不僅其制作成本 極高，由于材料結(jié)合力差、易脆和裂縫等原因，也很難在大面積展開(kāi)；（2)二維或三維光子晶 體:有些研究采用化學(xué)自組裝方法，采用單分散性好的Si0 2、Ti02微球，可以制作出防特殊頻 率電磁波的結(jié)構(gòu)，但是采用化學(xué)自組裝方法制作的這些結(jié)構(gòu)也存在易脆、易有裂紋等問(wèn)題， 更重要的是還存在成本高、不易大面積制備，這些不足都限制了相關(guān)光子晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)際 應(yīng)用。目前，尚沒(méi)有適應(yīng)涂料自身特點(diǎn)，可以大面積實(shí)現(xiàn)、用于屏蔽或反射特殊頻率范圍內(nèi) 電磁波的光子晶體涂料，如果能根據(jù)光子晶體原理，不改變涂料加工工藝，只改變涂料配方 和涂刷方式，就可以獲得屏蔽或反射電磁波的方便實(shí)用的涂料配方和涂層形成方法，不僅 能發(fā)揮水性涂料無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，還使涂料結(jié)構(gòu)屏蔽或反射特殊頻率范圍內(nèi)電 磁波，并替代或減少其他材料的使用，以及實(shí)現(xiàn)材料呈現(xiàn)不同色彩、發(fā)光等特殊目的。這樣， 不僅所發(fā)明的涂料可以廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備、交通工具、建筑房屋，還可以用于橋梁、管道、 機(jī)械和專用設(shè)備等等，同時(shí)也真正拓展了光子晶體結(jié)構(gòu)在涂料方面的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種一維光子晶體結(jié) 構(gòu)的涂料，根據(jù)光子晶體原理，不改變涂料加工工藝，只改變涂料配方和涂裝方式，形成可 以屏蔽或反射特殊頻率范圍內(nèi)的電磁波的一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂層，并且可以大面積實(shí)際 米用。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料包括乳膠漆和防銹漆， 乳膠漆和防銹漆均由A涂料和B涂料兩種材料交叉涂刷組成，其中乳膠漆的A涂料包括丙烯 酸乳液300g、醇酯-12 15g、水230g、分散劑SN-5040 2.5g、消泡劑BYK-028 0.2g、pH調(diào)節(jié)劑 Amp-95 0.3g、丙二醇10g、防霉劑MA-21 0.5g、鈦白粉180g、滑石粉150g、沉淀硫酸鋇150g和 增稠劑WT-115 1.5g，B涂料包括丙烯酸乳液300g、醇酯-12 15g、水230g、分散劑SN-5040 2.5g、消泡劑BYK-028 0.2g、pH調(diào)節(jié)劑Amp-95 0.3g、丙二醇 10g、防霉劑MA-21 0.5g、鈦白粉 240g、滑石粉120g、沉淀硫酸鋇120g和增稠劑WT-115 1.5g;防銹漆的A涂料包括水120g、分 散劑DISPERBYK-190 5g、消泡劑BYK-028 0.5g，三乙胺6g、氧化鐵紅100g、云母氧化鐵100g、 滑石粉l〇〇g、沉淀硫酸鋇l〇〇g、煅燒高嶺土 50g、磷酸鋅15g、鉬酸鋅5g、環(huán)氧酯乳液450g和增 稠劑WT-115 10g，B涂料包括水120g、分散劑DISPERBYK-190 5g、消泡劑BYK-028 0.5g，三乙 胺6g、氧化鐵紅120g、云母氧化鐵120g、滑石粉60g、沉淀硫酸鋇50g、煅燒高嶺土 50g、磷酸鋅 15g、鉬酸鋅5g、環(huán)氧酯乳液500g和增稠劑WT-115 IOg。
[0008] 本發(fā)明所述乳膠漆的A、B兩種涂料制備方法相同，包括以下步驟：（1)將配方中水、 分散劑SN-5040、80 %重量的消泡劑BYK-028、醇酯-12、pH調(diào)節(jié)劑AMP-95、防霉劑MA-21和丙 二醇混合，攪拌均勻；（2)再加入鈦白粉、滑石粉和沉淀硫酸鋇后攪拌均勻；（3)將上述物料 經(jīng)砂磨機(jī)研磨至細(xì)度小于50微米，制成色漿；（4)把制得的色漿加入到丙烯酸乳液中，攪拌 均勻；（5)添加剩余20%的消泡劑BYK-028和增稠劑WT-115，攪拌均勻后過(guò)濾、包裝，即制備 得到成品。
[0009] 本發(fā)明所述防銹漆的A、B兩種涂料制備方法相同，包括以下步驟：（1)在容器中加 入水、分散劑DISPERBYK-190、消泡劑BYK-028和三乙胺，攪拌均勻；（2)再向容器中加入氧化 鐵紅、云母氧化鐵、滑石粉、沉淀硫酸鋇、煅燒高嶺土、磷酸鋅和鉬酸鋅攪拌均勻；（3)用砂磨 機(jī)將上述物料研磨至細(xì)度小于50微米，制得色漿；（4)將制得的色漿加入到環(huán)氧酯乳液中， 加入增稠劑WT-115攪拌均勻后過(guò)濾，得成品。
[0010]太發(fā)明所沭一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料每層涂層的有效折射率由公式（1)獲得：
[0011]
(1)
[0012]其中，nrff是涂層材料的有效折射率，m是層中第i種材料折射率，心是層中第i種材 料的占比；如果只考慮兩層，A種材料的厚度為ha，B種材料的厚度為hb，兩種材料的空間厚度 d，則有d = ha+hb，有效折射率可簡(jiǎn)寫為公式(2)
[0013] neff=(naha+nbhb)/d (2)
[0014] 周期性結(jié)構(gòu)反射峰公式不能用簡(jiǎn)單的采用布拉格衍射定律，而應(yīng)對(duì)其修正，見(jiàn)公 式⑶：
[0015] NA = Uinll -Sin2^)1 2 (3)
[0016] 其中，N是正整數(shù)，λ電磁波在自由空間的波長(zhǎng)，Θ是電磁波的入射角。
[0017] 本發(fā)明所述一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料涂層的禁帶基頻的中心頻率ωο,由公式(4) 得到：
[0018] ω 〇 = cjt/ (naha+nbhb) (4)
[0019] A、B兩種材料交叉粉刷，其禁帶可以重疊和增加，以兩層為例，結(jié)構(gòu)的相對(duì)禁帶，可 有公式(5)獲得：
[0020] Δ ω/ω〇 = 2( c〇alcoa2-coblcob2)/( coalcoa2+coblcob2) (5)
[0021] 這一粉刷的優(yōu)勢(shì)在于：雖然這一值小于兩個(gè)禁帶相對(duì)寬度的代數(shù)和，但是有兩個(gè) 或多個(gè)多層疊加，結(jié)構(gòu)的相對(duì)禁帶會(huì)很大，很容易超過(guò)50%，而且在垂直入射時(shí)，TE和TM模 式的禁帶是重合的。
[0022] 本發(fā)明所述一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料涂層厚度與屏蔽電磁波的波長(zhǎng)有關(guān)，屏蔽大 波長(zhǎng)電磁波時(shí)，每層涂層的光學(xué)厚度為禁帶中心波長(zhǎng)1/2的正整數(shù)倍m，以兩層為例，有公式 (6)：
[0023] naha+nbhb=mA〇/2 (6)
[0024] A、B兩層材料等厚、且為晶格常數(shù)一半時(shí)，禁帶較大，能根據(jù)禁帶的歸一化頻率中 心位置f和電磁波的波長(zhǎng)λ，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)a，每層厚度由公式(7)表示，其中m為正 整數(shù)：
[0025] h= (m+1 )a/2 = (m+1 )fA/2 (7)
[0026] 這樣的AB結(jié)構(gòu)只要一次粉刷，相對(duì)禁帶會(huì)很大，很容易超過(guò)50%;如果多次粉刷， 相對(duì)禁帶會(huì)更大，而且在垂直入射時(shí)，TE和TM模式的禁帶是重合的，在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，對(duì) 于屏蔽大波長(zhǎng)容易做到每層厚度相同，特別適合精密儀器的抗電磁干擾保護(hù);屏蔽小波長(zhǎng) 電磁波的粉刷時(shí)，采用A、B兩種材料交叉多次進(jìn)行粉刷，通過(guò)禁帶疊加，達(dá)到增大相對(duì)禁帶 的目的，由平面波展開(kāi)法計(jì)算得出，只要滿足公式(8)就存在禁帶：
[0027] naha+nbhb (8)
[0028] 每層的粉刷厚度可由公式(9)表示，其中Ah是每層小于晶格常數(shù)的部分，m是正整 數(shù)：
[0029] h=ma+Ah (9)
[0030] 在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，由于不要求每層厚度一樣，容易實(shí)現(xiàn)，而且多層疊加，結(jié)構(gòu)的 相對(duì)禁帶效果也較明顯。對(duì)于較薄的涂層，A、B兩種材料交叉多次進(jìn)行粉刷，也能保證涂料 防銹保護(hù)等其它效果。
[0031] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：（1)由于組分改變不大，無(wú)論采用刷涂、噴 涂、浸涂等多種方法施工，形成的層層之間的結(jié)合力強(qiáng)；（2)不改變涂料生產(chǎn)工藝，材料性能 穩(wěn)定，而且可與防腐、阻燃等其他防護(hù)結(jié)合，十分具有實(shí)用性；（3)采用不同粉刷方式用于屏 蔽或反射特殊頻率范圍內(nèi)電磁波；（4)因?yàn)榭梢云帘位蚍瓷涮厥忸l率范圍內(nèi)電磁波，它可以 替代或減少其他材料的使用；（5)不僅環(huán)保，而且可大面積采用，簡(jiǎn)單實(shí)用；（6)通過(guò)摻雜不 同材料，還可實(shí)現(xiàn)呈現(xiàn)不同色彩、發(fā)光等特殊目的；機(jī)理明確，內(nèi)容新穎，設(shè)計(jì)合理，加工和 復(fù)合技術(shù)成熟，會(huì)成為新一代最有潛力、低成本的光子晶體涂料。
【附圖說(shuō)明】：
[0032] 圖1為本發(fā)明的光子晶體涂料結(jié)構(gòu)不意圖，是A、B兩種材料交叉形成的ABAB等厚度 涂層。
[0033] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的禁帶結(jié)構(gòu)圖，圖2(a)為結(jié)構(gòu)總的禁帶圖，是由相對(duì)折射率 為1.729的A涂料和相對(duì)折射率為1.612的B涂料單層交叉粉刷形成的。圖2(b)為圖2(a)禁帶 結(jié)構(gòu)中，第一級(jí)禁帶的放大圖。
[0034]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1兩層厚度不同時(shí)，結(jié)構(gòu)相對(duì)禁帶寬度的變化曲線。
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的光子晶體涂料結(jié)構(gòu)示意圖，是A、B兩種材料交叉形成的 A1B1A2B2A3B 3…的一般厚度涂層(不一等等厚）。
[0036]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的禁帶結(jié)構(gòu)，圖5為兩種不同層后粉刷的禁帶結(jié)構(gòu)，是由相對(duì) 折射率為1.729的A涂料和相對(duì)折射率為1.612的B涂料單層交叉粉刷形成的。圖5(a)為AB厚 度分別為〇.5a/0.2a結(jié)構(gòu)總的禁帶圖，圖5(b)為圖5(a)禁帶結(jié)構(gòu)中，第一級(jí)禁帶的放大圖； 圖5(c)為AB厚度分別為0.5a/0.5a結(jié)構(gòu)總的禁帶圖，圖5(d)為圖5(c)禁帶結(jié)構(gòu)中，第一級(jí)禁 帶的放大圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0037] 下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0038] -、改變涂料配方:涂料的配方主要包括:成膜物、顏料、填料、助劑、稀釋劑等。首 先，將現(xiàn)有涂料成分，特別是填料，按照折射率排序，然后設(shè)計(jì)出A、B兩種涂料：（I)A涂料含 有折射率高的材料比例高，如氧化鐵，也可以用一些化學(xué)性質(zhì)相近的折射率較高的材料代 替原來(lái)配方中折射率較低的材料，比如用TiO 2代替SiO2,這樣A涂料的有效折射率就比現(xiàn)有 涂料的有效折射率尚些；（2)B涂料含有折射低的材料比例尚，如氣化環(huán)氧樹(shù)脂，也可以用一 些化學(xué)性質(zhì)相近的折射率較低的材料代替原來(lái)配方中折射率較高的材料，比如用SiO 2代替 TiO2,這樣B涂料的有效折射率就比現(xiàn)有涂料的有效折射率低些。
[0039] 這樣，以原涂料為基礎(chǔ)，形成相對(duì)折射率高的A涂料和相對(duì)折射率低的B涂料。
[0040] 二、制作工藝:A、B兩種涂料雖然分別制備，但加工工藝與原來(lái)相同，以乳膠漆為 例：（1)將配方中去離子水和潤(rùn)濕分散劑、部分消泡劑、成膜助劑、PH調(diào)整劑等助劑混合，攪 拌均勻；（2)加入顏、填料攪拌均勻；（3)將上述物料經(jīng)砂磨機(jī)研磨至細(xì)度合乎要求制成色 漿；（4)把色漿加入到乳液中，攪拌均勻；（5)添加剩余消泡劑和增稠劑，攪拌均勻；（6)過(guò)濾、 包裝，得到成品。防銹漆或其他涂料也是大致類似的過(guò)程。
[0041] 三、涂層涂刷：實(shí)際涂刷是A、B兩種材料交叉進(jìn)行的，從而形成A、B交叉的多層結(jié) 構(gòu)。涂刷是A、B兩種材料，又可分為兩種辦法：
[0042] (1)屏蔽大波長(zhǎng)電磁波的粉刷:這要求各層介質(zhì)的光學(xué)厚度為晶格常數(shù)的(m+1/2) 倍，即公式(7)，由于屏蔽電磁波的波長(zhǎng)大，所以m可取值小些，通常取0，1即可。
[0043] 這一粉刷的優(yōu)勢(shì)在于:可以充分利用每層禁帶的帶寬，雖然這一值小于兩個(gè)禁帶 相對(duì)寬度的代數(shù)和，也是一個(gè)較大值，一般情況下相對(duì)禁帶會(huì)很容易超過(guò)50 %。而且如果有 多層疊加，結(jié)構(gòu)的相對(duì)禁帶還會(huì)增大。而且由于在垂直入射時(shí)，TE和TM模式的禁帶是重合 的，很適合大波長(zhǎng)電磁波的屏蔽和保護(hù)。
[0044] (2)屏蔽小波長(zhǎng)電磁波的粉刷：由于電磁波波長(zhǎng)小，粉刷厚度難控制，所以采用A、B 兩種材料，即公式(9)，由于屏蔽電磁波的波長(zhǎng)小，m取值可相對(duì)大些。
[0045] 由于m取值可相對(duì)大些，每層涂層可在幾百到幾千微米，實(shí)際實(shí)施過(guò)程中容易實(shí) 現(xiàn)。而且由于交叉多次進(jìn)行粉刷，多層疊加結(jié)構(gòu)的相對(duì)禁帶效果也較明顯。
[0046] 實(shí)施例1:
[0047] 本實(shí)施例為乳膠漆屏蔽大波長(zhǎng)電磁波的粉刷，并假定屏蔽的中心頻率為I X IOGHz (1〇1()赫茲），其波長(zhǎng)為30mm，具體過(guò)程包括以下步驟：
[0048] -、確定乳膠漆配方:乳膠漆的配方主要包括:填料、助劑、成膜物等等，表1為采用 的乳膠漆配方。
[0049]表1:采用的乳膠漆配方
[0051 ] 二、制備A、B兩種涂料：（1)將配方中去離子水和SN-5040、80%重量的BYK-028、醇 酯-12、AMP-95、MA-21等助劑混合，攪拌均勻；（2)加入配方量中的鈦白粉、滑石粉、沉淀硫酸 鋇后攪拌均勻；（3)將上述物料經(jīng)砂磨機(jī)研磨至細(xì)度小于50微米，制成色漿；（4)把制得的色 漿加入到配方量的丙烯酸乳液中，攪拌均勻；（5)添加剩余20%BYK-028和配方量WT-115,攪 拌均勻；（6)過(guò)濾、包裝，得到成品；
[0052] 二、涂層涂刷為精確粉刷：圖1為本實(shí)施例的光子晶體涂料結(jié)構(gòu)不意圖，是A、B兩種 材料交叉形成的AB等厚度涂層，由于屏蔽的中心頻率為IXlO 1t3赫茲，所以選擇禁帶中心頻 率為101°赫茲，即禁帶中心波長(zhǎng)為X = 30mm。
[0053] 圖2為精確粉刷的禁帶結(jié)構(gòu)，圖2(a)為結(jié)構(gòu)總的禁帶圖，是由相對(duì)折射率為1.729 的A涂料和相對(duì)折射率為1.612的B涂料單層交叉粉刷形成的，它有如下特點(diǎn)：由于是一維結(jié) 構(gòu)，結(jié)構(gòu)的TE和TM模式的禁帶重合，極有利于結(jié)構(gòu)禁帶的形成;它有三級(jí)禁帶，中心頻率(歸 一化頻率)分別約為0.20，0.43和0.66處;一般情況下，第一級(jí)的相對(duì)禁帶較大，所以本實(shí)施 例都以第一級(jí)禁帶為參照；圖2(b)為圖2(a)禁帶結(jié)構(gòu)中，第一級(jí)禁帶的放大圖，可見(jiàn)中心頻 率(歸一化頻率)為0.204，絕對(duì)禁帶寬度為0.104,由此可得相對(duì)禁帶寬度為51 %。
[0054]本實(shí)施例由于屏蔽電磁波的波長(zhǎng)大，可以精確粉刷，可以簡(jiǎn)單采用中心頻率(歸一 化頻率)為a/λ = 〇 . 204計(jì)算每層厚度a，每層的厚度為h = a/2 = 30*0.204/2 = 3.06(mm)= 3060μπι，這一方法既節(jié)省材料，又有好的禁帶效果，而且即使兩層厚度不相同，結(jié)構(gòu)仍有較 好的禁帶結(jié)構(gòu)；圖3是兩層厚度不同時(shí)，結(jié)構(gòu)相對(duì)禁帶寬度的變化曲線，其中A層的厚度為a/ 2不變，B層厚度按照晶格常數(shù)a的倍數(shù)變化，可見(jiàn)在0.1 a-0.5a的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的相對(duì)禁帶寬 度隨B層厚度增大而增加。
[0055]本實(shí)施例的光子晶體涂料結(jié)構(gòu)具有較大的光子禁帶，相對(duì)禁帶超過(guò)了50%，即對(duì) 于禁帶中心波長(zhǎng)為人=3〇111111 = 3\1〇\111時(shí)，禁帶可包括1.5\104-4.5\1〇\111的較大范圍； 而且結(jié)構(gòu)的TE和TM模式的禁帶重合，在此范圍的電磁輻射脈沖在結(jié)構(gòu)中得不到傳播，根據(jù) 計(jì)算，可以通過(guò)較精確稱量后，涂層結(jié)構(gòu)可以通過(guò)噴涂、浸涂等方法實(shí)現(xiàn)，為保證效果也可 以采用ABAB模式，共粉刷4次。
[0056] 實(shí)施例2:
[0057]本實(shí)施例為防銹漆的屏蔽小波長(zhǎng)電磁波的粉刷，具體包括以下步驟：
[0058] 一、確定防銹漆漆配方：乳膠漆的配方主要包括:顏料、填料、助劑、混合劑或成膜 物等等，表2是采用的防銹漆配方。
[0059]表2采用的防銹漆配方

[0062] 二、制作A、B兩種涂料，具體過(guò)程為：（1)在容器中加入水、DISPERBYK-190、BYK-028、三乙胺，攪勻；（2)加入配方量氧化鐵紅、云母氧化鐵、滑石粉、沉淀硫酸鋇、煅燒高嶺 土、磷酸鋅、鉬酸鋅攪勻；（3)砂磨機(jī)研磨至細(xì)度小于50微米，制得色漿；（4)將制得的色漿加 入到環(huán)氧酯乳液中，加 WT-115攪勻；（5)過(guò)濾，得成品。
[0063] 三、涂層涂刷采用多次粉刷：圖4為本實(shí)施例的光子晶體涂料結(jié)構(gòu)示意圖，是A、B兩 種材料交叉形成的AB涂層(厚度不一定相同），由于屏蔽的中心頻率為IX IO14赫茲，所以選 擇禁帶中心頻率為IX 1〇14赫茲，則禁帶中心波長(zhǎng)為λ=3000nm。
[0064] 本實(shí)施例由于屏蔽電磁波的波長(zhǎng)小，精確粉刷難度較大，采取多次交叉粉刷的方 式，本實(shí)施例中，（1)采取的A1B 1厚度分別為(m+0.5)a/(m+0.2)a結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單采用中心頻率(歸 一化頻率)為a/A = 〇. 204,計(jì)算出a值為a = 3000nm*0.212 = 636nm。取m= 10，則兩層厚度分 別為:6678nm和6487nm; (2)采取的A2B2厚度分別為(m+0 · 5)a/(m+0 · 5)a結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單采用中心 頻率(歸一化頻率)為3八=0.210，計(jì)算出3值為3 = 3000]1111*0.210 = 63011111，也取111=10，貝1|兩 層厚度都為6615nm，由圖3可知:兩層厚度不同時(shí)，結(jié)構(gòu)相對(duì)禁帶寬度的變化曲線。這樣，即 使兩層厚度不相同，結(jié)構(gòu)仍有較好的禁帶結(jié)構(gòu)。
[0065] 本實(shí)施例兩種不同層后粉刷的禁帶結(jié)構(gòu)如圖5所示，是由相對(duì)折射率為1.729的A 涂料和相對(duì)折射率為1.612的B涂料單層交叉粉刷形成的，其中圖5(a)為AB厚度分別為 0.5a/0.2a結(jié)構(gòu)總的禁帶圖，圖5(b)為圖5(a)禁帶結(jié)構(gòu)中，第一級(jí)禁帶的放大圖，可見(jiàn):可見(jiàn) 中心頻率(歸一化頻率)為0.212，絕對(duì)禁帶寬度為0.090，由此可得相對(duì)禁帶寬度為42.5 %。 圖5(c)為AB厚度分別為0.5a/0.5a結(jié)構(gòu)總的禁帶圖，圖5(d)為圖5(c)禁帶結(jié)構(gòu)中，第一級(jí)禁 帶的放大圖，可見(jiàn):可見(jiàn)中心頻率(歸一化頻率)為0.210，絕對(duì)禁帶寬度為0.107，由此可得 相對(duì)禁帶寬度為51.0%。
[0066] 本實(shí)施例通過(guò)較精確稱量后，該方法可采取噴涂、浸涂等方法實(shí)現(xiàn)，這樣兩層涂層 完成后，結(jié)構(gòu)禁帶會(huì)產(chǎn)生疊加，相對(duì)禁帶肯定超過(guò)了 50 %。即對(duì)于禁帶中心波長(zhǎng)為λ = 3000nm時(shí)，禁帶可包括1500-4500nm的較大范圍；為保證效果，也可采用Α、Β交叉模式，每種 材料都各粉刷3-4次，結(jié)構(gòu)相對(duì)禁帶會(huì)更大，而且結(jié)構(gòu)的TE和TM模式的禁帶重合，在此范圍
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，其特征在于包括乳膠漆或防銹漆，乳膠漆或防銹漆 均由A涂料和B涂料兩種材料交叉涂刷組成，其中乳膠漆的A涂料包括丙烯酸乳液300g、醇 酯-12 15g、水230g、分散劑SN-5040 2.5g、消泡劑BYK-028 0.2g、pH調(diào)節(jié)劑Amp-95 0.3g、丙 二醇l〇g、防霉劑MA-21 0.5g、鈦白粉180g、滑石粉150g、沉淀硫酸鋇150g和增稠劑WT-115 1.5g，B涂料包括丙烯酸乳液300g、醇酯-12 15g、水230g、分散劑SN-5040 2.5g、消泡劑BYK-028 0.2g、pH調(diào)節(jié)劑Amp-95 0.3g、丙二醇10g、防霉劑MA-21 0.5g、鈦白粉240g、滑石粉 120g、沉淀硫酸鋇120g和增稠劑WT-115 1.5g;防銹漆的A涂料包括水120g、分散劑 DISPERBYK-190 5g、消泡劑BYK-028 0.5g，三乙胺6g、氧化鐵紅100g、云母氧化鐵100g、滑石 粉100g、沉淀硫酸鋇100g、煅燒高嶺土 50g、磷酸鋅15g、鉬酸鋅5g、環(huán)氧酯乳液450g和增稠劑 WT-115 10g，B涂料包括水 120g、分散劑DISPERBYK-190 5g、消泡劑BYK-028 0.5g，三乙胺 6區(qū)、氧化鐵紅120〖、云母氧化鐵120〖、滑石粉60〖、沉淀硫酸鋇50〖、煅燒高嶺土50〖、磷酸鋅 15g、鉬酸鋅5g、環(huán)氧酯乳液500g和增稠劑WT-115 10g。2. 根據(jù)權(quán)利要求1 一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，其特征在于所述所述乳膠漆的A、B兩種涂 料制備方法相同，包括以下步驟：（1)將配方中水、分散劑SN-5040、80 %重量的消泡劑BYK-028、醇酯-12、pH調(diào)節(jié)劑AMP-95、防霉劑MA-21和丙二醇混合，攪拌均勻；（2)再加入鈦白粉、 滑石粉和沉淀硫酸鋇后攪拌均勻；（3)將上述物料經(jīng)砂磨機(jī)研磨至細(xì)度小于50微米，制成色 漿；（4)把制得的色漿加入到丙烯酸乳液中，攪拌均勻；（5)添加剩余20 %的消泡劑BYK-028 和增稠劑WT-115,攪拌均勻后過(guò)濾、包裝，即制備得到成品。3. 根據(jù)權(quán)利要求1 一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，其特征在于所述防銹漆的A、B兩種涂料制 備方法相同，包括以下步驟：（1)在容器中加入水、分散劑DISPERBYK-190、消泡劑BYK-028和 三乙胺，攪拌均勻；（2)再向容器中加入氧化鐵紅、云母氧化鐵、滑石粉、沉淀硫酸鋇、煅燒高 嶺土、磷酸鋅和鉬酸鋅攪拌均勻；（3)用砂磨機(jī)將上述物料研磨至細(xì)度小于50微米，制得色 漿;（4)將制得的色漿加入到環(huán)氧酯乳液中，加入增稠劑WT-115攪拌均勻后過(guò)濾，得成品。4. 根據(jù)權(quán)利要求1 一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，其特征在于所述一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂 料每層涂層的有效折射率由公式(1)獲得：⑴ 其中，nrff是涂層材料的有效折射率，m是層中第i種材料折射率，心是層中第i種材料的 占比;如果只考慮兩層，A種材料的厚度為ha，B種材料的厚度為hb，兩種材料的空間厚度d，則 有d = ha+hb，有效折射率簡(jiǎn)寫為公式(2) nef f = (naha+nbhb) / d (2) 周期性結(jié)構(gòu)反射峰公式見(jiàn)公式(3): NA=2d(nlu - sm2ef z 其中，N是正整數(shù)，λ電磁波在自由空間的波長(zhǎng)，Θ是電磁波的入射角。5. 根據(jù)權(quán)利要求1 一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，其特征在于所述一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂 料涂層的禁帶基頻的中心頻率ω 〇,由公式(4)得到： ω 〇 = cjt/ (naha+nbhb) (4) A、B兩種材料交叉粉刷，其禁帶能重疊和增加，以兩層為例，結(jié)構(gòu)的相對(duì)禁帶，由公式 (5)獲得： Α ω/ω〇 = 2( c〇alcoa2-coblcob2)/( coalcoa2+coblcob2) (5)〇6.根據(jù)權(quán)利要求1 一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂料，其特征在于所述一維光子晶體結(jié)構(gòu)的涂 料涂層厚度與屏蔽電磁波的波長(zhǎng)有關(guān)，屏蔽大波長(zhǎng)電磁波時(shí)，每層涂層的光學(xué)厚度為禁帶 中心波長(zhǎng)1/2的正整數(shù)倍m，以兩層為例，有公式(6): naha+nbhb=mA〇/2 (6) A、B兩層材料等厚、且為晶格常數(shù)一半時(shí)，能根據(jù)禁帶的歸一化頻率中心位置f和電磁 波的波長(zhǎng)λ，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)a，每層厚度由公式(7)表示，其中m為正整數(shù)： h= (m+1 )a/2= (m+1 )fA/2 (7)； 屏蔽小波長(zhǎng)電磁波的粉刷時(shí)，采用A、B兩種材料交叉多次進(jìn)行粉刷，通過(guò)禁帶疊加，達(dá) 到增大相對(duì)禁帶的目的，由平面波展開(kāi)法計(jì)算得出，只要滿足公式(8)就存在禁帶： naha^nbhb (8) 每層的粉刷厚度可由公式(9)表示，其中Ah是每層小于晶格常數(shù)的部分，m是正整數(shù)： h=ma+ Δ h (9) 〇
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK105860631SQ201610272577
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】萬(wàn)勇, 李長(zhǎng)紅, 鄒健, 李夢(mèng)雪, 劉夢(mèng)楠, 姜澄溢
【申請(qǐng)人】青島大學(xué)