利用一步法快速制备高质量反蛋白石结构光子晶体的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及反蛋白石结构光子晶体的制备方法。
【背景技术】
[0002]胶体晶体是尺寸在100纳米到几个微米的无机或者有机的胶体微球在驱动力的作用下发生自组装行为，从而形成二维或者三维的有序结构，这种有序排列的胶体微球结构通常被称为胶体晶体、光子晶体或者合成蛋白石结构。胶体晶体由于其优良的光学性能成为新一代光电器件的基础材料；还可以用作一些基本现象的理想模型体系，可以用于溶解过程，相转变过程等热点问题的机理研究；此外，胶体晶体本身还可作为模板，和蒸镀、光刻技术等进行完美的融合，用于制备图案化光子晶体。
[0003]正因为胶体晶体及其衍生物具有广阔的应用前景，才使得其在制备精确调控、化学改性和新颖应用学科交叉中受到极大关注。反蛋白石结构光子晶体通常采用牺牲模板法制备，如在玻璃基底、塑料基底等采用蒸发诱导自组装，垂直沉积自组装，喷涂、悬涂等方式制备蛋白石光子晶体。然后再采用浸渍、涂布等方法填充二氧化硅等类的前驱体，之后再采用煅烧、刻蚀等方法除去蛋白石胶体结构，得到反蛋白石结构胶体晶体。这些方法得到的反蛋白石结构通常机械性能较差，且难以实现大面积有序排列。
[0004]例如，在专利文献[CN 103352255A]中闫东伟等利用聚合物微球与溶胶前驱体混合，之后通过垂直沉积在玻璃基底上生长数天后得到聚合物膜，最后通过煅烧除去聚合物微球模板，得到反蛋白石光子晶体。不足之处在于此方法垂直沉积时间长，且垂直沉积自组装方法很难实现无裂纹大面积自组装。
【发明内容】
[0005]本发明要解决现有反蛋白石结构光子晶体的制备方法或存在机械性能较差，难以实现大面积有序排列，或存在垂直沉积时间长，且垂直沉积自组装方法很难实现无裂纹大面积自组装的问题，而提供利用一步法快速制备高质量反蛋白石结构光子晶体的方法。
[0006]利用一步法快速制备高质量反蛋白石结构光子晶体的方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0007]—、将Si (OC2H5)4、质量百分数为1%?50%的HCl和无水乙醇A混合后，在室温及搅拌速度为10rpm?100rpm下，搅拌Ih?10h，得到二氧化娃前驱体，将聚合物微球加入到二氧化硅前驱体中超声分散，得到质量百分数为1%?10%的聚合物微球乳液，向质量百分数为1%?10%的聚合物微球乳液中滴加无水乙醇B，混合后超声，得到超声分散后的胶体晶体混合溶液，在转速为1000r/min?10000r/min的条件下，将超声分散后的胶体晶体混合溶液进行离心自组装，离心1min?lOOmin，得到胶体晶体混合物，最后将胶体晶体混合物在温度为50°C?100°C的条件下烘干，得到烘干后的胶体晶体混合物；
[0008]所述的Si (OC2H5)A质量百分数为I %?50%的HCl的体积比为1: (I?10);所述的Si (OC2H5)4与无水乙醇A的体积比为1: (I?10);所述的质量百分数为1%?10%的聚合物微球乳液与无水乙醇B的体积比为1: (I?10)；
[0009]二、将烘干后的胶体晶体混合物浸渍于质量百分数为I %?50%的HF，浸渍30min?300min，然后用去离子水冲洗，得到高质量反蛋白石结构光子晶体。
[0010]本发明的有益效果是:本发明采用乳液聚合的方法制备单分散性好的聚合物微球，并在溶液中掺入适量的二氧化硅前驱体，采用离心自组装工艺，一步法制备反蛋白石结构光子晶体。此方法工艺简单，因为在实验过程中各单体的量、乳液浓度、离心机的转速等因素可以精确调控，实验重复性好，可以实现高质量反蛋白结构光子晶体的快速制备。这一发明使光子晶体的质量得到大幅度提升，同时快速制备反蛋白石光子晶体拓宽了其应用领域。
[0011]I整个工艺过程简单，无需特殊设备和工艺。
[0012]2所制得的反蛋白石因其在离心过程中组成光子晶体的微球多分散性PDI提高，可得到高质量的光子晶体结构，且因为掺杂使其密度更高，机械强度更高，质量高。
[0013]3、制备出大面积的反蛋白石结构光子晶体，在标尺为3 μπι下仍能达到有序排列，无裂纹。
[0014]本发明用于利用一步法快速制备高质量反蛋白石结构光子晶体的方法。
【附图说明】
[0015]图1为实施例一制备的高质量反蛋白石结构光子晶体的扫描电镜图；
[0016]图2为实施例二制备的高质量反蛋白石结构光子晶体的扫描电镜图；
[0017]图3为实施例三制备的高质量反蛋白石结构光子晶体的扫描电镜图；
[0018]图4为实施例四制备的高质量反蛋白石结构光子晶体的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0019]本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。
[0020]【具体实施方式】一:本实施方式所述的利用一步法快速制备高质量反蛋白石结构光子晶体的方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0021 ] 一、将Si (OC2H5) 4、质量百分数为I %?50 %的HCl和无水乙醇A混合后，在室温及搅拌速度为10rpm?100rpm下，搅拌Ih?10h，得到二氧化娃前驱体，将聚合物微球加入到二氧化硅前驱体中超声分散，得到质量百分数为1%?10%的聚合物微球乳液，向质量百分数为1%?10%的聚合物微球乳液中滴加无水乙醇B，混合后超声，得到超声分散后的胶体晶体混合溶液，在转速为1000r/min?10000r/min的条件下，将超声分散后的胶体晶体混合溶液进行离心自组装，离心1min?lOOmin，得到胶体晶体混合物，最后将胶体晶体混合物在温度为50°C?100°C的条件下烘干，得到烘干后的胶体晶体混合物；
[0022]所述的Si (OC2H5)A质量百分数为I %?50%的HCl的体积比为1: (I?10);所述的Si (OC2H5)4与无水乙醇A的体积比为1: (I?10);所述的质量百分数为1%?10%的聚合物微球乳液与无水乙醇B的体积比为1: (I?10)；
[0023]二、将烘干后的胶体晶体混合物浸渍于质量百分数为I %?50%的HF，浸渍30min?300min，然后用去离子水冲洗，得到高质量反蛋白石结构光子晶体。
[0024]本实施方式的有益效果是:本实施方式采用乳液聚合的方法制备单分散性好的聚合物微球，并在溶液中掺入适量的二氧化硅前驱体，采用离心自组装工艺，一步法制备反蛋白石结构光子晶体。此方法工艺简单，因为在实验过程中各单体的量、乳液浓度、离心机的转速等因素可以精确调控，实验重复性好，可以实现高质量反蛋白结构光子晶体的快速制备。这一发明使光子晶体的质量得到大幅度提升，同时快速制备反蛋白石光子晶体拓宽了其应用领域。
[0025]I整个工艺过程简单，无需特殊设备和工艺。
[0026]2所制得的反蛋白石因其在离心过程中组成光子晶体的微球多分散性PDI提高，可得到高质量的光子晶体结构，且因为掺杂使其密度更高，机械强度更高，质量高。
[0027]3、制备出大面积的反蛋白石结构光子晶体，在标尺为3 μπι下仍能达到有序排列，无裂纹。
[0028]在制备过程中将二氧化硅前驱体和聚合物微球相混合，因为聚合物微球为软壳，而二氧化硅前驱体为小粒子，可以在离心自组装的过程中填满聚合物微球之间的缝隙，提高的样品的机械强度。
[0029]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的聚合物微球为苯乙烯-丙烯酸微球。其它与【具体实施方式】一相同。
[0030]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是:步骤一中所述的Si (OC2H5)A质量百分数为10%的HCl的体积比为1:1。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0031]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤一中所述的Si (OC2H5)A质量百分数为10%的HCl的体积比为1:2。其它与【具体实施方式】一至三相同。
[0032]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤一中所述的Si (OC2H5)A质量百分数为10%的HCl的体积比为1:3。其它与【具体实施方式】一至四相同。
[0033]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤一中所述的Si (OC2H5)4与无水乙醇A的体积比为1:2。其它与【具体实施方式】一至五相同。
[0034]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤一中所述的Si (OC2H5)4与无水乙醇A的体积比为1:3。其它与【具体实施方式】一至六相同。
[0035]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:步骤一中所述的质量百分数为1%的聚合物微球乳液与无水乙醇B的体积比为1:1。其它与【具体实施方式】一至七相同。
[0036]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:步骤一中所述的质量百分数为2%的聚合物微球乳液与无水乙醇B的体积比为1:2。其它与【具体实施方式】一至八相同。
[0037]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是:步骤一中所述的质量百分数为3%的聚合物微球乳液与无水乙醇B的体积比为1:3。其它与【具体实施方式】一至九相同。
[0038]【具体实施方式】^^一:本实施方式与【具体实施方式】一至十之一不同的是:步骤一中所述的质量百分数为5%的聚合物微球乳液与无水乙醇B的体积比为1:4。其它与【具体实施方式】一至十相同。
[0039]采用以下实施例验证本发明的有益效果:
[0040]实施例一:
[0041]本实施例所述的利用一步法快速制备高质量反蛋白石结构光子