一种具有光泽与色相的光学功能材料及其制备与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学功能材料，特别涉及一种具有光泽与色相的光学功能材料。
【背景技术】
[0002] 光子晶体是一种具有在微米、亚微米等尺度上折射率呈现周期性变化的电介质材 料。由于布拉格衍射作用，光子晶体材料会形成区别于色素颜色的结构色。由于结构色具 有耐候性好不褪色、环保和虹彩效应等优点，其用于油墨在显示、装饰、防伪等领域具有广 阔的应用前景。常规制备光子晶体的方法既有"自上而下"(top-down)的物理加工方法，也 可以通过"自下而上"（bottom-up)的化学组装法，组装单分散的纳米微球成密堆积周期结 构，周期结构排列的纳米微球与球间填充介质存在折射率差异，这种存在折射率差异的周 期结构就形成了"光子禁带"（Photonic Band Gap，PBG)。自组装法由于具有成本低、方法 简单、不需要复杂的设备，可以通过合成过程中对纳米粒子的形态、结构的控制实现不同功 能的光子晶体制备等优点。
[0003] 目前关于结构色的文献及专利大都是从结构色的角度对其结构和材质进行改进， 光泽与色相都与禁带波长λ直接对应，在光谱上结构色是一种单一波段的色光，其颜色纯 正光泽明亮，但同时也因为其波段单一无法实现混合色相的调配。
【发明内容】
[0004] 本发明针对结构色的优点与不足，提出光泽与色相分离的概念，提供一种具有光 泽与色相的光学功能材料。这种材料不仅仅利用纳米微球与填充介质周期结构带来的光子 禁带结构色。还将微球及填充介质本身色相结合起来，通过调节二者色相的组合来获得独 立于结构色之外更加丰富的色相，并将其与结构色光谱结合起来，实现光泽与色相相对独 立，获得按需要随意交叉组合的色泽的特殊效果。
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有光泽与色相的光学功能材料。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了一种具有光泽与色相的光学功能材料，所 述具有光学功能材料为以密堆积形式周期性紧密排布的纳米微球层，纳米微球间设置填充 介质，并且所述具有光泽与色相的光学功能材料的光泽和色相相对独立，所述光学功能材 料的光泽对应任意单一波段光，其中所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色 相。
[0007] 上述技术方案中，所述纳米微球周期性紧密排布形成1~50微米的纳米微球层。
[0008] 上述技术方案中，纳米微球自身色相与填充介质色相的组合，可实现光学功能材 料的色相调节。通过设置纳米微球层与填充介质的周期排布的特征以及折射率来设置所述 光学功能材料的光泽，其关系遵循如下公式：
【主权项】
1. 一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于，所述具有光学功能材料为以密 堆积形式周期性紧密排布的纳米微球层，纳米微球间设置填充介质，并且所述具有光泽与 色相的光学功能材料的光泽和色相相对独立，所述光学功能材料的光泽对应任意单一波段 光，其中所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色相。
2. 根据权利要求1所述的一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于，所述纳 米微球的材料选自：聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化 锆、四氧化三铁或酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。
3. 根据权利要求1所述的一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于所述填充 介质为液体填充介质、固体填充介质、内部设有有色物质的填充介质、内部设有有色物质的 固体填充介质中的一种。
4. 根据权利要求3所述的一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于所述液体 填充介质选自：硅油、矿物油、植物油或动物油脂的一种或一种以上混合液体。
5. 根据权利要求3所述的一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于所述的固 体填充介质选自：二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、炭黑、硅树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯 酸树脂、醇酸树脂、聚酯。
6. 根据权利要求2所述的一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于，所述纳 米微球的材料的折射率偏差在2%以下。
7. 根据权利要求2所述的一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于，所述纳 米微球粒径为80~llOOnm，单分散性PDI小于0. 5。
8. 根据权利要求2所述的一种具有光泽与色相的光学功能材料，其特征在于，所述纳 米微球选自至少一种彩色纳米微球。
9. 一种具有光泽与色相的光学功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 通过现有技术合成的纳米微球自组装形成以密堆积形式周期性排列的纳米光子 晶体薄膜层； (2) 在纳米微球的自组装过程中或纳米微球自组装完成后在密堆积结构的缝隙中设 置填充介质以调节其光泽和色相。
10. 权利要求1所述的具有光泽与色相的光学功能材料在制备油墨色浆、颜料色粉、薄 膜涂层中的应用。
11. 权利要求1所述的具有光泽与色相的光学功能材料以油墨色浆、颜料色粉或薄膜 涂层的形式在制备于涂料、印刷油墨、包装涂层、日化美妆、防伪材料、传感器件、光学元件 中的应用。
【专利摘要】本发明属于光学功能材料，特别涉及一种具有光泽与色相的光学功能材料。所述具有光学功能材料为以密堆积形式周期性紧密排布的纳米微球层，纳米微球间设置填充介质，并且所述具有光泽与色相的光学功能材料的光泽和色相相对独立，所述光学功能材料的光泽对应任意单一波段光，其中所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色相。本发明所述具有光泽和色相的光学功能材料光泽可以通过对光子晶体的带隙的调控在红外可见乃至紫外范围内随意调节，而色相可以通过设置纳米粒子与填充介质色相的组合实现色相环的所有的色相。因此可以制备油墨色浆、颜料色粉、薄膜涂层应用于涂料、印刷油墨、包装涂层、日化美妆、防伪材料、传感器件、光学元件中。
【IPC分类】G02B6-122
【公开号】CN104698536
【申请号】CN201510078604
【发明人】叶常青, 温强, 刘德云, 宋延林
【申请人】苏州中科纳福材料科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月13日