一种避免胶体晶体制备过程中产生裂纹的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种避免胶体晶体制备过程中产生裂纹的方法，属于胶体晶体及其制 备技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，胶体晶体及反相胶体晶体由于其特殊的光学性能以及其规整均一的孔道 结构，受到了广泛的关注。它们在光子晶体的制备、传感器、结构色材料、催化剂等领域有巨 大的应用前景。目前胶体晶体的制备方法主要有重力沉积法、垂直沉积法、水平沉积法、旋 涂法、气液界面自组装、喷墨打印法等。然而在绝大多数方法中，微球排列过程中都有溶剂 挥发及干燥的过程，最终由于微球间距离的减小，而导致胶体晶体膜中有大量裂纹产生，而 以此为模板的反相胶体晶体中也难免会相应地产生裂纹或者缺陷。
[0003] 中国专利申请CN102502659A及CN103145134A提出一种将二氧化硅微球在高温下 煅烧，之后用于自组装来制备无裂纹胶体晶体的方法。该方法涉及到较高的煅烧温度及较 长的煅烧时间，由于高温煅烧过程中二氧化硅微球会团聚在一起，故煅烧之后需要对微球 进行再分散，如果分散不好，团聚的微球会影响自组装过程形成的胶体晶体的有序度，并且 影响胶体晶体的产率。另外，该方法并不适合于聚合物微球的自组装，例如聚苯乙烯（PS) 或者聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)微球的自组装，因为这些微球无法承受较高的煅烧温度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种通过在微球乳液中添加正硅酸酯，从而避免胶体晶体 制备过程中产生裂纹的方法。
[0005] 本发明所提出的方法包含以下步骤：
[0006] (1)在胶体微球的乳液中加入结构为通式I的正硅酸酯，通式中RU R2、R3、R4为 各自独立的碳原子数为1-10的有机基团，优选自硅酸四乙酯、硅酸四甲酯、硅酸四丁酯、硅 酸四丙酯；加入的正硅酸酯的重量为乳液重量的〇. 01-5%，优选为乳液重量的0. 05-1% ; 并通过酸的加入将溶液pH值调整至1-6. 5之间，优选4-6. 5之间，充分混合，置入容器中。 PH值的控制可以由常见的无机酸、有机酸来控制，无机酸优选自盐酸、硫酸、硝酸，有机酸优 选自乙酸、丙酸、乙二酸、苯甲酸；
【主权项】
1. 一种避免胶体晶体制备过程中产生裂纹的方法，包括如下步骤： (1) 在胶体微球的乳液中加入正硅酸酯类化合物，充分混合，置入容器中； (2) 在容器中插入基片，基片垂直或者倾斜放置于乳液之中； (3) 将容器静置于室温或者烘箱中，由于溶剂自然挥发、乳液的抽取或者机械提拉基片 使得乳液液面相对基片下降，从而沿着液面扫过基片的方向，微球在基片上自组装形成规 整排列的胶体晶体膜，同时正硅酸酯类化合物由于水解而生成二氧化硅填充在微球之间的 空隙中，避免了胶体晶体中裂纹的产生； (4) 通过化学或者物理方法可以去除微球之间的二氧化硅得到胶体晶体，或者亦可以 去除微球得到反相胶体晶体。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1)中，在胶体微球乳液中加入 的正硅酸酯类化合物具有如下通式I的结构：
(I) 其中，R1、R2、R3、R4为各自独立的碳原子数为1-10的有机基团；加入的正硅酸酯的重 量为乳液重量的0. 01-5%，优选为乳液重量的0. 05-1%。
3. 如权利要求1-2所述的正硅酸酯，优选自硅酸四乙酯、硅酸四甲酯、硅酸四丁酯、硅 酸四丙酯。
4. 根据权利要求1-2所述的乳液制备方法中，其特征在于乳液在添加通式I的正硅酸 酯之前或者之后将其pH值调整为1-6. 5之间，优选4-6. 5之间。pH值的控制可以由常见的 无机酸、有机酸来控制，无机酸优选自盐酸、硫酸、硝酸，有机酸优选自乙酸、丙酸、乙二酸、 苯甲酸。
5. 根据权利要求1-2所述的胶体微球乳液，胶体微球为聚合物微球或者无机微球，聚 合物微球优选自聚苯乙烯微球、二乙烯基苯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，无机微球优选自二氧化硅微球、二氧化钛微球；乳液中微球的粒径 为 50nm-3000nm。
6. 如权利1所述的方法，其特征在于，基片垂直或者倾斜插入于乳液之中，基片与乳液 液面的夹角角度为5-175度。
【专利摘要】本发明公开一种避免胶体晶体薄膜制备过程中产生裂纹的方法。该方法包括如下步骤：(1)在胶体微球乳液中加入适量正硅酸酯类化合物，置入容器中；(2)将基片置于乳液之中；(3)将容器静置于室温或者烘箱中，微球在基片表面自组装形成胶体晶体，同时正硅酸酯水解生成二氧化硅填充于微球之间，避免了胶体晶体中裂纹的产生；(4)去除微球之间的二氧化硅可以得到胶体晶体，亦可去除微球得到反相胶体晶体。本发明利用正硅酸酯的加入，使得自组装过程中微球之间被二氧化硅填充，从而避免了自组装完成阶段由于微球间距缩小而引发胶体晶体薄膜中裂纹的产生，为制备无裂纹胶体晶体及反相胶体晶体提供了一种有效的方法。
【IPC分类】C08J3-00, B01J13-02
【公开号】CN104607117
【申请号】CN201410797913
【发明人】王利魁, 邓丽朵, 姚伯龙, 齐家鹏
【申请人】江南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月19日