一种二元胶体晶体的快速制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种二元胶体晶体的快速制备方法，提出一种由两种不同粒径的胶体微球进行快速自组装制备胶体晶体膜的技术。
【背景技术】
[0002]胶体晶体是由胶体微球自组装而产生的二维或者三维有序结构的晶体，目前广泛地应用于光子晶体的制备、传感器、催化等领域。二元胶体晶体采用两种粒径大小不同的胶体微球进行自组装而形成。两种粒径不同的微球的存在，便于对胶体晶体反射峰位置的控制以及对其孔结构的调控。然而，由于两种微粒的相互干扰，其自组装过程的控制要求高于一元胶体晶体自组装。
[0003]目前二元胶体晶体自组装主要采用垂直沉积法、旋涂法、气液界面自组装等方法。垂直自组装一般将基片插入乳液之中，随着溶剂的挥发，二元胶体晶体在基片上生长，然而该方法一般需要十小时或者更长的时间。旋涂法虽然比较快捷，但是一般情况下，旋涂所制备的胶体晶体结构中缺陷多于垂直自组装所得到的胶体晶体。专利申请CN101787139A提出一种在水面自组装制备二元胶体晶体的方法，然而该方法中在水面只能形成二维胶体晶体，如果要制备三维胶体晶体，需要多次制备二维胶体晶体并进行堆叠，堆叠过程不可避免地产生缺陷和裂纹。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种通过水平自组装快速制备二元胶体晶体的方法，能够在3小时内完成制备过程，该方法包含以下步骤:
[0005](I)将大小两种胶体微球乳液进行超声混合；
[0006](2)将经过亲水处理的基片水平放置于室温或者烘箱中，随后将混合胶体微球乳液滴在基片表面，并使乳液摊开并覆盖整个基片表面；
[0007](3)随着溶剂的挥发，二元胶体晶体从基片边缘开始生长并沿着基片向内延伸，直至彻底干燥后形成二元胶体晶体；
[0008](4)通过使用其他材料填充并去除胶体微球，可以得到反相二元胶体晶体。
[0009]步骤I中，大小不同的胶体微球粒径比一般在10:1-10:3之间，优选在10:1.5-10:2.2之间。另外大微球为聚合物微球，优选自聚苯乙烯微球、交联的聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸乙酯微球。混合乳液的分散相为水相或者混有微量醇类的水相。小微球可选择聚合物微球或者无机微球。
[0010]步骤2中，一般选用玻璃、石英或者硅材料的基片，并将基片浸泡于食人鱼溶液(98 %浓硫酸和质量百分浓度为30 %的双氧水水溶液按体积比为3:1配制的混合溶液，该溶液具有极强的氧化性，遇有机溶剂可能会引发爆炸，故使用中及废液处理时应严格注意安全)中，于90°C加热处理30min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干。
[0011 ] 步骤3中，基片可以放置于室温或者烘箱内，如果放于烘箱内，温度应控制在四十度以下，以防止溶剂挥发速度过快。
【附图说明】
[0012]图1为实施例1所得到的二元胶体晶体的数码照片。
[0013]图2为实施例1所得到的二元胶体晶体膜的扫描电镜图。
[0014]图3为实施例2所得到的二元胶体晶体膜的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0015]以下所述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0016]以下所述实施例中所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可以从商业途径购得。
[0017]实施例l、790nm和150nm聚苯乙烯胶体微球的二元胶体晶体的制备。
[0018]从市面上购得粒径为790nm及150nm的两种聚苯乙烯微球乳液(分散相为水)，取适量的两种乳液进行混合，并通过水的加入调整浓度，使乳液中790nm微球的体积百分比为8%，150nm微球的体积百分比为0.14%。用超声分散使混合乳液分散均匀，待用。
[0019]将18mmX18mm的玻璃片置于食人鱼溶液中，90°C加热处理30min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干，并将之水平放置于桌面之上。
[0020]用移液枪取30 μ L混合乳液，滴在玻璃片上，用移液枪吸头将乳液平铺于整个玻璃片之上。静置三个小时候，溶剂挥发完毕，可以得到二元胶体晶体。其数码照片及扫描电镜图分别见附图1和附图2。
[0021]实施例2、100nm和150nm聚苯乙烯胶体微球的二元胶体晶体的制备
[0022]首先通过乳液聚合的方法制备粒径为100nm的聚苯乙烯胶体微球:先后将500ml去离子水和25ml苯乙烯加入装有机械搅拌器和回流冷凝管的IL三口烧瓶中，将三口烧瓶置于在60°C的水浴中进行加热并通氮搅拌，机械搅拌速度为300r/min，60分钟后，在三口烧瓶中加入0.13g过硫酸钾作为乳液聚合引发剂，反应25h后，得到粒径为100nm聚苯乙烯胶体微球的乳液，该聚苯乙烯胶体微球粒径的标准偏差小于3%。
[0023]从市面上购得粒径为150nm的聚苯乙烯微球乳液(分散相为水)，取适量两种胶体微球乳液进行混合，并通过水的加入调整浓度，使乳液中100nm微球的体积百分比为15%, 150nm微球的体积百分比为0.24%。用超声分散使混合乳液分散均匀，待用。
[0024]将20mmX20mm的硅片置于食人鱼溶液中，90°C加热处理30min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干，并将之水平放置于桌面之上。
[0025]用移液枪取40 μ L混合乳液，滴在玻璃片上，并用移液枪吸头将乳液平铺于整个玻璃片之上。静置三个小时候，溶剂挥发完毕，可以得到二元胶体晶体。其扫描电镜图见附图3。
[0026]实施例3、790nm聚苯乙稀胶体微球和140nm 二氧化娃微球形成的二元胶体晶体的制备。
[0027]从市面上购得粒径为790nm的聚苯乙稀微球乳液及粒径为140nm的二氧化娃微球乳液，取适量两种胶体微球乳液进行混合，配置混合乳液，并通过水的加入调整浓度，使乳液中聚苯乙烯微球的体积百分比为6%，二氧化硅微球的体积百分比为0.09%。用超声分散使混合乳液分散均匀，待用。
[0028]将18mmX18mm的玻璃片置于食人鱼溶液中，90°C加热处理30min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干，并将之水平放置于桌面之上。
[0029]用移液枪取30 μ L混合乳液，滴在玻璃片上，并用移液枪吸头将乳液平铺于整个玻璃片之上。静置三个小时候，溶剂挥发完毕，可以得到二元胶体晶体。
【主权项】
1.一种快速制备二元胶体晶体的方法，该方法包含以下步骤: 将大小两种胶体微球乳液进行超声混合，配置的混合乳液微球浓度在1-25 %之间，优选 2-15% ； 将经过亲水处理的基片水平放置于室温或者烘箱中，随后将混合胶体微球乳液滴在基片表面，并使乳液摊开并覆盖整个基片表面； 随着溶剂的挥发，二元胶体晶体从基片边缘开始生长并沿着基片向内延伸，直至彻底干燥后形成二元胶体晶体。
2.权利要求1中，大小不同的胶体微球粒径比在10:1-10:3之间，优选在10:1.5-10:2.2 之间。
3.权利要求1所述的微球，大微球为聚合物微球，优选自聚苯乙稀微球、交联的聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸乙酯微球。混合乳液的分散相为水相或者混有微量醇类的水相。小微球可选择聚合物微球或者无机微球。
4.权利要求1中所述的基片亲水处理，选用玻璃、石英或者硅片，并将基片浸泡于食人鱼溶液中，使之表面氧化而达到亲水效果。
【专利摘要】本发明的目的在于提出一种通过水平自组装快速制备二元胶体晶体的方法，该方法包含以下步骤：(1)将粒径不同的两种胶体微球乳液进行超声混合；(2)将经过亲水处理的基片水平放置于室温或者烘箱中，随后将混合胶体微球乳液滴在基片表面，并使乳液摊开并覆盖整个基片表面；(3)随着溶剂的挥发，二元胶体晶体从基片边缘开始生长并沿着基片向内延伸，直至彻底干燥后形成二元胶体晶体；(4)通过使用其他材料填充并去除胶体微球，可以得到反相二元胶体晶体。
【IPC分类】C08K3-36, C08F2-22, C08J5-18, C08L25-06, C08F112-08
【公开号】CN104744712
【申请号】CN201410797911
【发明人】王利魁, 刘云, 姚伯龙, 邓丽朵
【申请人】江南大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年12月19日