一种高度有序柔性胶体晶体薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于晶体薄膜领域，涉及一种高度有序柔性聚合物胶体晶体薄膜，尤其涉及一种高度有序柔性聚合物胶体晶体薄膜的制备方法。
【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宄；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。
[0004]胶体晶体薄膜通常采用自组装方法制备，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。而这些方法制备的薄膜通常难以大面积生产，且薄膜力学性能差、薄膜和基底结合力差等缺点，通常难以用于实际生产。
[0005]在专利文献中戴李宗等[CN 103409801 A]利用不同种类的聚合物胶体晶体制备高强度的光子晶体薄膜，利用掺入适量的交联剂来提高胶体晶体之间结合力以期得到高强度光子晶体薄膜。不足之处在于加入交联剂增强微球之间结合力，但是膜和基底之间的结合力还是很弱，无法实现大面积生产。
[0006]为解决这些问题，本发明做了一些技术上的创新。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环氧类或者胺类单体作为交联剂，采用一步法将胶体晶体薄膜生长在柔性聚酰亚胺表面。本发明的优点在于选取一种交联剂增强微球之间结合力，同时选择一种超柔性基底，同时交联剂和基底之间也会产生化学交联，提高了胶体晶体薄膜和基底之间的结合力，更易实现柔性光子晶体薄膜的大面积制备。该方法工艺简单，重复性好，可以实现胶体晶体的大面积制备，同时由于聚酰亚胺膜与交联剂之间的作用力使胶体晶体膜与聚酰亚胺结合力增强。在施加适当外力作用下胶体晶体的晶格结构发生变化，从而影响其光子带隙使胶体晶体薄膜颜色改变。这一发明使胶体晶体薄膜的力学性能得到大幅度提升，同时大面积制备胶体晶体薄膜拓宽了其应用领域。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种大面积，力学性能好的胶体晶体薄膜。本发明的胶体晶体薄膜是以聚酰亚胺涂布的基片为基础，通过加入含有交联剂的单分散胶体微球乳液制备得到。
[0008]本发明的晶体薄膜的制备方法包括以下步骤:
[0009](I)单分散胶体微球乳液的制备
[0010]将pH缓冲溶液和聚合物溶液混合后加入引发剂和表面活性剂，加热搅拌得到单分散胶体微球乳液；
[0011](2)超柔性胶体晶体薄膜的制备
[0012]先将聚酰亚胺均匀涂布在处理好的基片表面，然后将交联剂加入步骤⑴得到的单分散胶体微球乳液后涂布到聚酰亚胺表面后形成均匀表面，除去基片得到柔性的胶体晶体薄膜。
[0013]本发明的步骤(I)的具体步骤为:三颈瓶中通入氮气20?200min后，加入100?300ml的pH缓冲溶液，继续通入氮气20?200min，加入10?50ml聚合物混合溶液，继续通氮气30?60min后，加入5?50ml引发剂溶液和0.001?0.0lg表面活性剂，控制适当的搅拌速度，升温至50?150°C后，在此温度下持续搅拌5?1h出料得到单分散胶体微球乳液。
[0014]本发明的步骤(2)的具体步骤为:取5?50ml聚酰亚胺均匀涂布在处理好的基片表面，I?1h后将掺有0.001?0.0lg交联剂的浓度为2%?20%单分散胶体微球乳液涂布到聚酰亚胺表面，后用载玻片盖上以形成均匀表面，5?50h后除去基片，得到柔性的胶体晶体薄膜。
[0015]本发明的pH缓冲溶剂选自硫酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铵中的一种或多种的溶液。
[0016]本发明的聚合物选自(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸丁酯、苯乙烯和甲基丙烯酸三氟乙酯中的一种或多种。
[0017]本发明的交联剂选自环氧乙烷，聚二甲基硅氧烷和乙二醇中的一种或多种。
[0018]本发明的引发剂溶液为引发剂的水溶液，其溶液浓度为20-30% ;所述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或多种。
[0019]本发明的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
[0020]本发明使用的以上试剂均为为分析纯。
[0021]本发明的整个工艺过程简单，无需特殊设备和工艺，所制得的胶体晶体薄膜表面平整，膜基结合力强。因为膜的柔性好，可以在适当的拉力下出现胶体晶体颜色的变化。聚酰亚胺薄膜表面制备的聚合物胶体晶体薄膜面积可达到厘米级无缺陷，反射率高，机械强度高。可用于生物化学传感器、太阳能电池、光学仪器等多个领域。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0022]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表不相同的部件。
[0023]图1:胶体晶体微球的扫描电镜图
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
[0025]实施例1
[0026](I)单分散胶体微球乳液的制备
[0027]将180ml碳酸氢铵水溶液加入到250ml三口烧瓶中，通氮气30min，在不断搅拌下温度升高到85°C，加入苯乙稀15ml、丙稀酸正丁醋5ml、丙稀酸2ml后继续通氮气30min，加入20%过硫酸钾溶液7ml和0.009g十二烷基苯磺酸钠，在此温度下持续搅拌1h出料。
[0028](2)超柔性胶体晶体薄膜的制备
[0029]取5ml聚酰亚胺均匀涂布在处理好的基片表面，3h后将掺有0.05g环氧树脂浓度为10%单分散胶体微球乳液均匀涂布到聚酰亚胺表面