柔性光子晶体红外隐身材料的制备
【技术领域】
[0001]发明了一种能够实现红外波段隐身、具有柔性的光子晶体材料，在红外波段具有高反射率的光子晶体阵列以纤维素、凝胶、胶带等手段实现柔性或可延展性，从而在实现光子晶体光学隐身性能的同时，赋予材料灵活便捷的使用方式，解决了光子晶体材料用于红外隐身领域的实用化难题。
【背景技术】
[0002]光子晶体(photonic crystal)是超材料(metamaterial)的一种，它是指介电常数(或折射率)在空间呈周期性分布而具有光子禁带的特殊材料。在光子禁带中，光子态密度消失，导致电磁波无法传播。光子晶体能够在禁带内实现对入射电磁波的高反射，改变内部光源的红外发射特性，进而抑制相应波段的红外辐射能量，使红外探测装置探测不到。光子晶体能够改变目标的红外辐射特性，通过合理的设计，使目标的红外辐射特征与背景相近，从而实现红外波段隐身。
[0003]自从Yablonovitchand John提出光子晶体和光子局域的概念以来，研究人员在研发辐射特性可控的光子晶体材料上投入了大量的工作，所取得的研究进展都可以直接或间接地应用于红外隐身中。但由于用于红外隐身领域的光子晶体材料在应用中存在一些问题，尤其是利用胶体自组装制备的光子晶体材料，其机械强度差、不可弯折等缺陷限制了光子晶体红外隐身材料的实用化进程。
[0004]本发明将光子晶体红外隐身材料通过纤维素、凝胶、胶带等化学或物理框架固定起来，在不改变其红外隐身性能的同时，解决了光子晶体红外隐身材料使用不便的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是制备一种具有柔性甚至可延展性的光子晶体红外隐身材料，以解决光子晶体用于红外隐身领域的实用化难题。
[0006]技术方案如下:
[0007]将制备的微米级单分散二氧化硅微球，在合适的浓度、一定的温度湿度下对流自组装在玻片或硅片上，从而得到具有红外波段禁带的三维光子晶体阵列。
[0008]以该光子晶体阵列作为模板，将合适浓度的纤维素溶液或凝胶预聚液滴加在光子晶体模片边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使溶液布满整个光子晶体模片，然后将膜片置于生物培养箱中一定温度固化或热聚合一定时间。将此光子晶体凝胶(纤维素)膜从玻片上取下，就得到了具有柔性和延展性的光子晶体材料。
[0009]如果采取物理手段，比如胶带固定来实现其柔性，则需要对光子晶体膜进行必要的前处理。本发明将光子晶体材料在9000C热处理1h，通过热处理赋予材料高的机械强度之后，采用胶带将胶体阵列从玻璃基片上粘下来，得到了具有柔性和延展性的光子晶体材料。
【附图说明】
[ΟΟ?Ο]图1为不同放大倍数下的1.5ymSi02光子晶体的电镜图。
[0011 ]图2为1.5ymSi02光子晶体柔性膜的红外透射谱图。由图可知，该光子晶体柔性膜在2.8?3.5μπι处透射率为O，说明其在此红外波段具有光子禁带。
[0012]具体实施办法
[0013]实例I将0.5μπι单分散S12微球，分散在乙醇中，控制S12微球的浓度为lmg/ml，在常温下通过垂直沉积法组装2天，得到S12光子晶体膜。取0.5mL甲基丙烯酸，50yL 二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)与ImL甲醇混匀，加入1mg偶氮二异庚腈(ADVN)作为光引发剂，超声1min并通氮气5min。将制备好的二氧化娃光子晶体模板与有机玻璃板一起夹紧，浸入上述预聚液中，预聚液通过毛细作用吸入胶体晶体模板直到模板变透明，然后将其置于紫外培养箱中4 °C聚合2h，即可得到柔性光子晶体凝胶材料。
[0014]实例2将1.5μπι单分散S12微球，分散在乙醇中，控制S12微球的浓度为lmg/ml，在60°C、相对湿度50%下通过垂直沉积法组装6h，得到S12光子晶体膜。将S12光子晶体膜上方盖一玻片，将合适浓度的纤维素溶液滴加在光子晶体膜边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使溶液布满整个光子晶体模片，然后将盖玻片去除，将灌有纤维素溶液的光子晶体膜置于生物培养箱中60°C固化1.5小时。将光子晶体纤维素膜小心的从玻片上取下来，就得到了具有柔性的光子晶体材料。
[0015]实例3将3.Ομπι单分散S12微球，分散在二溴乙烷-乙醇混合溶液中，二溴乙烷与乙醇的体积比为3:1，控制S12微球的浓度为lmg/ml，在60 °C、相对湿度50 %下通过垂直沉积法组装6h，得到S12光子晶体膜。将得到的S12光子晶体膜在管式炉中900°C退火10h，得到机械强度加强的S12光子晶体材料。最后，用胶带小心的铺于光子晶体膜上，1min后，小心撕下胶带，就得到了胶带固定的柔性光子晶体材料。
[0016]以上的实施χ例在于详细说明本发明，而非限制本发明。
【主权项】
1.柔性光子晶体红外隐身材料的制备，步骤如下: 步骤一、亚微米、微米胶体球的自组装: 将制备出的单分散胶体球，分散在合适密度、粘度、沸点的溶剂中，并采取合适的制备温度湿度，以保证液面蒸发速率与沉降速率的平衡，从而得到高质量的光子晶体膜材料，并通过调节微球分散液的浓度实现对膜厚度的调控。 步骤二、实现光子晶体膜的柔性: 将光子晶体红外隐身材料通过胶带固定等物理手段以及纤维素、凝胶固化等化学手段赋予光子晶体柔性和可延展性。2.如权利要求1所述的柔性光子晶体红外隐身材料的制备，其特征在于:步骤一所述的胶体球为亚微米、微米单分散微球。3.如权利要求1所述的柔性光子晶体红外隐身材料的制备，其特征在于:步骤一所述的自组装光子晶体，其光子禁带处于近红外-中远红外波段。4.如权利要求1所述的柔性光子晶体红外隐身材料的制备，其特征在于:步骤一所述的自组装条件为合适的溶剂、温度湿度、浓度等。5.如权利要求1所述的柔性光子晶体红外隐身材料的制备，其特征在于:步骤二所述的实现光子晶体柔性的方法为胶带固定等物理手段以及纤维素、凝胶固化等化学手段。
【专利摘要】本发明制备了一种能够实现红外波段隐身、具有柔性的光子晶体材料，将在红外波段具有高反射率的光子晶体阵列以纤维素、凝胶、胶带等手段实现其柔性或可延展性，从而在实现光子晶体光学隐身性能的同时，赋予材料灵活便捷的使用方式，解决了光子晶体材料用于红外隐身领域的实用化难题。
【IPC分类】C08L1/02, C08F220/06, G02B1/00, C08F222/14, C08J3/24, C08F2/48
【公开号】CN105585664
【申请号】CN201610007338
【发明人】张连超, 邱丽莉, 孟子晖, 芦薇
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年1月6日