具有结构色的夹层结构耐用薄膜和生产方法与流程

本发明涉及一种具有结构色的夹层结构的耐用薄膜，具体说是一种包含了层状结构的力学增强层，交错紧密堆积的pdda包覆的硅纳米球层以及单层石墨烯黑色背景层的具有结构色的夹层价格的耐用薄膜及其生产方法。

背景技术：

纳米材料在应用的时候有一些功能往往需要依附于块体支撑物或者将纳米材料本身做成块体材料比如薄膜，平板等。而如何将微观的纳米材料有序地堆积组装成块体材料则是一种技术难题。这里我们设计了一种利用了逐层自助装和界面自助装的技术制备一种包含了层状力学增强结构和紧密堆积的具有结构色效果的耐用薄膜，将纳米材料本身的紧固耐用特性在宏观上实现实际应用，同时呈现出微观上无法呈现的结构色效果。

技术实现要素：

本发明的目的是制备一种具有结构色的夹层结构的耐用薄膜，包括了力学增强层和结构色层，其中所述结构色层位于所述薄膜的中间，所述力学增强层位于所述薄膜的表面，数量为两个，对称分布在所述结构色层的两边，与所述结构色层形成一种三文治夹层结构；所述力学增强层包括壳聚糖层，镁铝双羟基氧化物纳米片层，聚乙烯醇层，其中壳聚糖层数量为一个，位于所述薄膜的表面，起到保护作用。其中镁铝双羟基氧化物纳米片层数量为五个，聚乙烯醇层数量为五个，所述镁铝双羟基氧化物纳米片层与所述聚乙烯醇层交替分布，这种有序的无机-有机层状结构具有很高的抗拉伸强度，起到力学增强作用，是整个薄膜坚固耐用的缘由；所述结构色层包括黑色背景层和胶质无定型纳米颗粒阵列层，其中黑色背景层包括单层石墨烯层以及分布在石墨烯层的两边的壳聚糖连接层，所述黑色背景层的厚度为2微米，其中两个胶质无定型纳米颗粒阵列层包括有序排列的pdda（聚二烯丙基二甲基氯化铵）包覆的硅纳米球，数量都是10层，每一层硅纳米球交错紧密排列，所述胶质无定型纳米颗粒阵列层的厚度为3微米；所述硅纳米球的直径为250纳米。薄膜的结构色效果主要来自紧密堆积的胶质的pdda包覆的硅纳米球层，而黑色吧石墨烯层起到黑色背景的作用，使胶质无定型纳米颗粒阵列层的结构色效果更加明显，增加对比度。

制备上述薄膜，首先在玻璃基底上利用旋涂的方法制备一层壳聚糖保护层，其中旋涂速度为5000转每分钟，在50摄氏度烘箱中处理30分钟后在玻璃基底上得到壳聚糖保护层。同时，利用共沉淀法制备镁铝双羟基氧化物纳米片，将浓度为0.5摩尔每升的硝酸镁水溶液和浓度为0.25摩尔每升的硝酸铝水溶液以一毫升每分钟的速度注入浓度为1摩尔每升的尿素水溶液中，激烈搅拌2小时，反应温度维持在85摄氏度，反应完成后，离心分离并清洗干燥得到镁铝双羟基氧化物纳米片。然后将所述纳米片剥离成单层纳米片，分别使用硝酸钠水溶液和硝酸钡水溶液对纳米片进行剥离，再离心分离并清洗干燥，再次分散在水中，形成单层镁铝双羟基纳米片水溶胶，浓度为0.3克每升。接着利用逐层组装的技术制备力学增强层，先配制浓度为0.3摩尔每升的聚乙烯醇水溶胶，将单层镁铝双羟基纳米片水溶胶，去离子水，聚乙烯醇水溶胶，去离子水依次排列，将第一步所制备的壳聚糖保护层连同玻璃基底竖直固定在程序控制的机械手上，先竖直浸没到单层镁铝双羟基纳米片水溶胶中，1分钟后取出，再竖直浸没到去离子水中，1分钟后取出，用氮气吹干，然后竖直浸没到聚乙烯醇水溶胶中，1分钟后取出，再竖直浸没到去离子水中，1分钟后取出，用氮气吹干，得到一层镁铝双羟基氧化物纳米片层和一层聚乙烯醇层，重复上述步骤5次，得到交替分布的镁铝双羟基氧化物纳米片层和聚乙烯醇层各5层。接着利用同样技术制备胶质无定型纳米颗粒阵列层，先配制浓度为0.3克每升的pdda（聚二烯丙基二甲基氯化铵）水溶液，再配制浓度为0.3克每升的氯化钠水溶液，加入重量比为10%的直径为250纳米的硅纳米球，得到硅纳米球的悬浊液，将硅纳米球的悬浊液，去离子水，pdda水溶液，去离子水依次排列，将上述步骤得到的力学增强层连同玻璃基底竖直固定在程序控制的机械手上，先竖直浸没到硅纳米球悬浊液中，2分钟后取出，再竖直浸没到去离子水中，1分钟后取出，用氮气吹干，然后竖直浸没到pdda水溶液中，1分钟后取出，再竖直浸没到去离子水中，1分钟后取出，用氮气吹干，得到一层pdda包覆的单层整齐排列的硅纳米球，重复上述步骤10次，得到胶质无定型纳米颗粒阵列层。再用旋涂的方法制备一层壳聚糖连接层，先配制浓度为0.5克每升的壳聚糖水溶液，滴加到上述步骤制备胶质无定型纳米颗粒阵列层上，利用旋涂的方法，制备一层壳聚糖，其中旋涂速度为1000转每分钟，旋涂时间为1分钟，然后在50摄氏度烘箱中处理2分钟，烘干得到壳聚糖连接层。接着用界面自助装的技术制备石墨烯背景层，先将石墨烯分散在乙醇中，重量比为1%，使用毛细管将所述石墨烯乙醇分散液轻轻转移到装有去离子水的容器中，其中毛细管的尖端紧贴水气界面上方的容器内壁，乙醇迅速分散到去离子水中，而石墨烯则单层分布在水气界面上，此时将上述制备了力学增强层，胶质无定型纳米颗粒阵列层和壳聚糖连接层的玻璃基底浸没到水中，然后壳聚糖连接层向上玻璃基底向下平放，再倾斜15摄氏度，缓慢向上提起，将位于水气界面上的单层石墨烯转移到壳聚糖连接层上，并转移到50摄氏度烘箱中处理2分钟；最后在石墨烯层上依次用上述方法对称的制备壳聚糖连接层，胶质无定型纳米颗粒阵列层和力学增强层，最后移除玻璃基底，得到具有结构色的夹层结构耐用薄膜。

附图说明

图1是本发明所述具有结构色的夹层结构耐用薄膜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种具有结构色的夹层结构的耐用薄膜，包括力学增强层1和结构色层2，其中结构色层位于所述薄膜的中间，力学增强层位于所述薄膜的表面，对称分布，与所述结构色层形成三文治夹层结构；其中力学增强层包括壳聚糖层3，镁铝双羟基氧化物纳米片层4，聚乙烯醇层5，其中壳聚糖层位于薄膜的表面，镁铝双羟基氧化物纳米片层与聚乙烯醇层交替分布，各有5层。其中结构色层包括黑色背景层6和胶质无定型纳米颗粒阵列层7，黑色背景层包括单层石墨烯层以及分布在石墨烯层的两边的壳聚糖连接层，其中两个胶质无定型纳米颗粒阵列层包括有序排列的pdda（聚二烯丙基二甲基氯化铵）包覆的硅纳米球，数量都是10层，硅纳米球交错紧密排列，直径为250纳米。

制备上述薄膜的步骤包括：

第一步，壳聚糖保护层的制备，利用旋涂的方法，制备一层壳聚糖，其中旋涂速度为5000转每分钟，然后放入50摄氏度烘箱中处理30分钟，在玻璃基底上得到壳聚糖保护层。

第二步，镁铝双羟基氧化物纳米片的制备，将浓度为0.5摩尔每升的硝酸镁水溶液和浓度为0.25摩尔每升的硝酸铝水溶液以一毫升每分钟的速度注入浓度为1摩尔每升的尿素水溶液中，85摄氏度激烈搅拌反应2小时，离心分离并清洗干燥得到镁铝双羟基氧化物纳米片。

第三步，单层镁铝双羟基纳米片水溶胶的配制，先将镁铝双羟基氧化物纳米片分散在水中，浓度是1克每升，加入等体积的1摩尔每升的硝酸钠水溶液，搅拌12小时，分离并清洗干燥，再分散在水中，浓度是1克每升，再加入等体积的1摩尔每升的硝酸钡水溶液，搅拌12小时，分离清洗干燥，再分散在水中，形成单层的纳米片水溶胶，浓度为0.3克每升。

第四步，力学增强层的制备，先配制浓度为0.3摩尔每升的聚乙烯醇水溶胶，将单层镁铝双羟基纳米片水溶胶，去离子水，聚乙烯醇水溶胶，去离子水依次排列，将第一步所制备的壳聚糖保护层连同玻璃基底竖直固定在机械手上，依次浸没其中1分钟，然后取出干燥，得到一层镁铝双羟基氧化物纳米片层和一层聚乙烯醇层，重复此步骤5次。

第五步，胶质无定型纳米颗粒阵列层的制备，先配制浓度为0.3克每升的pdda（聚二烯丙基二甲基氯化铵）水溶液，再配制浓度为0.3克每升的氯化钠水溶液，加入重量比为10%的直径为250纳米的硅纳米球，得到硅纳米球的悬浊液，将硅纳米球的悬浊液，去离子水，pdda水溶液，去离子水依次排列，将上述步骤得到的力学增强层连同玻璃基底竖直固定在机械手上，依次浸没其中，然后取出干燥，得到一层pdda包覆的硅纳米球，重复此步骤10次。

第六步，壳聚糖连接层的制备，先配制浓度为0.5克每升的壳聚糖水溶液，利用旋涂的方法，制备一层壳聚糖，旋涂速度为1000转每分钟，时间为1分钟，50摄氏度烘箱中干燥2分钟。

第七步，石墨烯背景层的制备，先将石墨烯分散在乙醇中，重量比为1%，使用毛细管将所述石墨烯乙醇分散液轻轻转移到装有去离子水的容器中，其中毛细管的尖端紧贴水气界面上方的容器内壁，乙醇迅速分散到去离子水中，而石墨烯则单层分布在水气界面上，此时将上述制备了力学增强层，胶质无定型纳米颗粒阵列层和壳聚糖连接层的玻璃基底浸没到水中，然后壳聚糖连接层向上玻璃基底向下平放，再倾斜15摄氏度，缓慢向上提起，将位于水气界面上的单层石墨烯转移到壳聚糖连接层上，转移到50摄氏度烘箱中处理2分钟。

第八步，在石墨烯层上依次用上述方法对称的制备壳聚糖连接层，胶质无定型纳米颗粒阵列层和力学增强层，最后移除玻璃基底，得到具有结构色的夹层结构耐用薄膜。