SiO2基結(jié)構(gòu)生色材料的制備及功能化研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)色是由材料的微觀結(jié)構(gòu)與光線的相互作用產(chǎn)生的顏色。SiO2因其環(huán)保且廉價(jià)易得的特點(diǎn)，成為制備光子晶體的理想材料之一。近些年，結(jié)構(gòu)色發(fā)展飛速，但仍存在許多問題。首先，利用空心微球所制備出的結(jié)構(gòu)色薄膜色彩飽和度較低；其次，利用微球組裝的方法所制備出的結(jié)構(gòu)色薄膜自身的強(qiáng)度以及薄膜與基板之間的結(jié)合強(qiáng)度較弱；另外，結(jié)構(gòu)色薄膜與液體接觸時(shí)，容易使折射率周期性發(fā)生變化?；诖?，本課題分別制備出了聚苯乙烯（PS）、PS@SiO2、空心SiO2以及Si

2、O2四種均勻的納米微球，通過對(duì)微球的堆積方式以及微球間隙間的填充物進(jìn)行調(diào)控，來改善其各方面的性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用無皂乳液聚合的方法制備出不同粒徑的單分散PS納米微球，以溶膠凝膠的方法制備出了 PS@SiO2微球。通過垂直沉積自組裝的方法在玻璃基片表面組裝出 PS@SiO2微球光子晶體薄膜。氣氛保護(hù)下煅燒之后得到空心C@SiO2微球光子晶體結(jié)構(gòu)色膜。研究了煅燒前后結(jié)構(gòu)色膜的色彩變化規(guī)律及 C元素的主要作用。SEM、

3、TEM分析表明：制備出的 PS、SiO2微球粒徑均一，球形度好且殼層厚度均勻，PS@SiO2微球的殼層厚度隨著TEOS添加量的增加逐漸增加。薄膜分析表明：PS@SiO2微球在薄膜中以面心立方堆積方式排列，顏色隨著微球粒徑的增大發(fā)生紅移；EDS測(cè)試表明PS微球部分碳化之后留在空心SiO2微球內(nèi)部。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，C元素有助于提高色彩飽和度且對(duì)色調(diào)無影響。⑵通過高溫煅燒去除PS模板的方法得到空心SiO2光子晶體模板，將PDMS填充到蛋白石模板

4、的孔隙，得到了空心SiO2-PDMS結(jié)構(gòu)色膜。分析了顏色隨著結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律，對(duì)不同物質(zhì)在該結(jié)構(gòu)中的作用進(jìn)行了探討，對(duì)所制備材料微觀結(jié)構(gòu)，色彩飽和度以及疏水效果進(jìn)行了表征和討論。SEM、TEM、反射光譜等分析表明：不同光子晶體薄膜均為面心立方密堆積的高度有序結(jié)構(gòu)；空心SiO2光子晶體薄膜的反射峰與PS@SiO2薄膜相比較發(fā)生了藍(lán)移且色彩飽和度及反射峰強(qiáng)度降低；再次填充 PDMS之后，反射峰強(qiáng)度增強(qiáng)且色彩飽和度提高。薄膜分析表明：填充 PD

5、MS使得薄膜強(qiáng)度顯著增加，并且與液體接觸時(shí)顏色不改變。⑶通過在空心SiO2光子晶體模板微球間隙填充TiO2和PDMS，制備出了SiO2/TiO2/PDMS復(fù)合結(jié)構(gòu)色薄膜，通過反射光譜等測(cè)試對(duì)該結(jié)構(gòu)色薄膜進(jìn)行了表征。SEM、EDS及XRD分析表明：TiO2被成功填充到空心SiO2光子晶體微球之間的空隙，反射光譜、光學(xué)照片分析表明，與 PS@SiO2光子晶體薄膜相比較，SiO2/TiO2/PDMS薄膜與 PS@SiO2表現(xiàn)出相同的顏色，同時(shí)

6、，與液體接觸時(shí)顏色不發(fā)生變化。⑷通過Stober制備出不同粒徑的單分散 SiO2微球，通過噴涂法將SiO2微球和炭黑的混合分散液噴涂于玻璃基板表面，得到了不同顏色的結(jié)構(gòu)色薄膜，隨后在薄膜表面修飾聚二甲基硅氧烷（PDMS），經(jīng)過高溫固化之后得到了具有超疏水特性的結(jié)構(gòu)色薄膜。SEM分析表明：SiO2微球在該薄膜中呈無序堆積狀態(tài)，納米炭黑以團(tuán)聚的形式存在于體系中；反射光譜、光學(xué)照片分析表明，該薄膜顏色不隨著觀察角度的變化而變化；接觸角分析表明