一种光子晶体的制备方法以及由该方法制备的光子晶体与流程

文档序号:12785345阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种光子晶体的制备方法,该方法包括以下步骤:

(1)提供一种乳液,所述乳液含有至少一种单分散颗粒、至少一种表面活性剂和至少一种溶剂;

(2)将所述乳液施用于基底需要形成光子晶体的表面,以在该表面形成液体图案,所述乳液对基底需要形成光子晶体的表面的接触角为30°至120°,优选为40°至60°;以及

(3)将具有所述液体图案的基底进行干燥,以脱除所述液体图案中的溶剂,得到光子晶体,其中,所述干燥的温度为T,脱除所述液体图案中的溶剂所需的干燥时间为tf,T和tf使得Pe满足以下关系式I和关系式II中的一者:

关系式I:2<Pe<10,

关系式II:0<Pe<0.4,

其中,Pe=(3h2ηr/tf2kBTt)1/2

h为液体图案的厚度,以m计,

η为所述乳液中的溶剂在温度T下的动力粘度,以Pa·s计,

r为所述乳液中的单分散颗粒的水力半径,以m计,

tf为脱除所述液体图案中的溶剂所需的干燥时间,以s计,

kB为玻尔兹曼常数,以J/K计,

T为干燥的温度,以K计,

t为时间间隔,取值为1s。

2.根据权利要求1所述的方法,其中,关系式I中,2.01≤Pe≤3,优选地,2.01≤Pe≤2.5;

关系式II中,0<Pe≤0.2,优选地,0.01≤Pe≤0.1,更优选地,0.04≤Pe≤0.06。

3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,制备的光子晶体为二维膜状,T和tf使得Pe满足关系式I;

制备的光子晶体为一维线状,T和tf使得Pe满足关系式II。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法,其中,通过对以下参数中的一者或两者以上的组合进行调整,获得能使Pe满足关系式I或者关系式II的T和tf

参数A:具有所述液体图案的基底在干燥时所处环境的湿度;

参数B:具有所述液体图案的基底在干燥时所处环境的真空度;

参数C:所述乳液中的溶剂的沸点;

参数D:所述乳液中的单分散颗粒的水力半径。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其中,所述光子晶体为二维膜状光子晶体,所述干燥的温度与所述溶剂的沸点的差值在2-30℃的范围内,优选在20-30℃的范围内,所述沸点为在1标准大气压下测定的沸点;或者

所述光子晶体为一维线状光子晶体,所述干燥的温度与所述溶剂的凝固点的差值在2-30℃的范围内,优选在10-20℃的范围内,所述凝固点为在1标准大气压下测定的凝固点。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法,其中,相对于100重量份溶剂,所述单分散颗粒的含量为0.1-45重量份,优选为0.1-20重量份,更优选为0.1-10重量份,进一步优选为0.5-5重量份,更进一步优选为1-3重量份;相对于100重量份单分散颗粒,所述表面活性剂的含量为1×10-6至1×10-4重量份,优选为1×10-5至1×10-4重量份,更优选为1×10-5至5×10-5 重量份,进一步优选为1×10-5至2×10-5重量份。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法,其中,所述单分散颗粒的平均粒径为5nm至1μm,优选为50nm至500nm,更优选为100nm至400nm,进一步优选为190nm至280nm。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法,其中,所述单分散颗粒选自有机颗粒、无机颗粒、有机-无机复合颗粒和量子点,优选选自具有核壳结构的聚合物颗粒、氧化硅颗粒、聚苯乙烯颗粒、聚丙烯酸颗粒、金颗粒、银颗粒、铂颗粒、铜颗粒、氧化锌颗粒、氧化铁颗粒、四氧化三铁颗粒、氧化钛颗粒、碳颗粒、硅颗粒和量子点;

所述溶剂选自水、醇、烷烃和芳烃,优选选自水和C1-C5的链烷醇,更优选选自水、乙醇和乙二醇;

所述表面活性剂选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂,优选选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬脂酸钠、季铵盐型阳离子表面活性剂、氨基酸型两性离子表面活性剂、甜菜碱型两性离子表面活性剂、卵磷脂型两性离子表面活性剂、聚氧乙烯型非离子表面活性剂和多元醇型非离子表面活性剂。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法,其中,所述基底选自硅基底、玻璃基底、纸质基底、石英基底、金属基底和聚合物基底;优选选自硅基底、玻璃基底、纸质基底、石英基底、铁基底、铜基底、铝基底、塑料基底和橡胶基底;更优选选自硅基底、玻璃基底、纸质基底、石英基底、铁基底、铜基底、铝基底、聚硅氧烷基底、聚乙烯基底和聚丙烯基底。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法,其中,采用以下方式中的一种或两种以上的组合在基底表面形成液体图案:喷墨打印、转印、点胶和滴加。

11.一种反蛋白石结构光子晶体图案的制备方法,该方法包括以下步骤:

(1)采用权利要求1-10中任意一项所述的方法制备光子晶体图案,其中,所述乳液中的单分散颗粒选自有机颗粒,在基底表面形成的液体图案为点阵;

(2)在光子晶体点阵的间隙沉积氧化物颗粒和/或氧化物前驱体颗粒后,进行焙烧。

12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述单分散颗粒选自聚合物颗粒,优选选自具有核壳结构的聚合物颗粒、聚苯乙烯颗粒、聚丙烯酸颗粒和聚甲基丙烯酸甲酯颗粒中的一种或两种以上,更优选选自具有核壳结构的聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸颗粒、聚苯乙烯颗粒和聚丙烯酸颗粒;

所述乳化剂选自阴离子型表面活性剂,优选选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和硬脂酸钠。

13.由权利要求1-12中任意一项所述的方法制备的光子晶体。

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