粒徑尺度與自組裝結(jié)構(gòu)及其生色效果的相關(guān)性研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)色通常具有高亮度、高飽和度、永不退色、虹彩效應(yīng)（顏色隨觀察角度的變化而變化的現(xiàn)象）等特點(diǎn)，巧妙合理地將其應(yīng)用到紡織品上可極大地提高紡織品的附加值。本課題組前期利用靜電自組裝法在多種織物上構(gòu)建了聚合物/無(wú)機(jī)納米粒子結(jié)構(gòu)生色薄膜，并對(duì)其光學(xué)特性和生色機(jī)理進(jìn)行了初步探索，但對(duì)于納米粒子的粒徑尺度對(duì)自組裝結(jié)構(gòu)的影響、結(jié)構(gòu)色與相應(yīng)微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系、經(jīng)典薄膜干涉生色機(jī)理在靜電自組裝薄膜結(jié)構(gòu)生色理論方面的應(yīng)用局限性等尚未深入研究。本文在課題組前

2、期研究工作基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)不同粒徑下薄膜微觀結(jié)構(gòu)的精細(xì)描述和光學(xué)特性分析，研究組裝粒子的粒徑與薄膜微觀結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)色之間的相關(guān)性，并對(duì)靜電自組裝薄膜的生色機(jī)理進(jìn)行一定的補(bǔ)充。為課題組后續(xù)結(jié)構(gòu)色的研究工作提供進(jìn)一步的理論依據(jù)，促進(jìn)仿生結(jié)構(gòu)生色紡織品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
　　本論文主要開(kāi)展了以下三方面的研究工作:1.粒徑尺度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的影響:應(yīng)用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察不同粒徑的納米粒子在基板上的分布及其在組裝過(guò)程中的組裝行為，并應(yīng)用原子力顯

3、微鏡及橢偏儀研究不同粒徑粒子組裝所得薄膜的表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的差異，研究粒徑尺度對(duì)自組裝薄膜結(jié)構(gòu)的影響;2.粒徑尺度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)生色效果的影響:應(yīng)用數(shù)碼相機(jī)、多角度分光光度儀、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)等儀器分析表征不同粒徑粒自組裝所得薄膜的生色效果，以薄膜結(jié)構(gòu)色的均勻性、豐富度、明亮度、虹彩效應(yīng)等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究粒子粒徑對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)生色效果的影響;3.靜電自組裝薄膜生色理論的補(bǔ)充:通過(guò)對(duì)不同粒徑SiO2所構(gòu)建薄膜結(jié)構(gòu)的精確描述和光學(xué)特性分析，

4、明晰粒徑對(duì)于光與靜電自組裝薄膜之間的復(fù)雜作用關(guān)系，建立相關(guān)理論模型，限定課題組前期所提出的靜電自組裝薄膜生色機(jī)理的適用范圍，并做一定的理論補(bǔ)充，以進(jìn)一步完善靜電自組裝薄膜結(jié)構(gòu)的生色理論。
　　上述三方面的研究結(jié)果表明:1.小粒徑的粒子彼此間空隙小，組裝過(guò)程中，粒子的填充及疊加行為自始至終都存在，組裝較少周期后，薄膜即可形成多層結(jié)構(gòu)并縱向增長(zhǎng);相對(duì)而言，大粒徑的粒子帶電量大，彼此之間需保持較大距離以保持體系的平衡，組裝過(guò)程中粒子優(yōu)先

5、填充至粒子間空隙處，直至該層粒子接近飽和，此過(guò)程中粒子的疊加行為從無(wú)到有，最終得到的薄膜為一種有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料與空氣孔隙形成的多孔結(jié)構(gòu)薄膜;組裝所用粒子的粒徑越大，最終所得薄膜的表面起伏就越明顯，尖峰多且雜，同時(shí)薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中空氣占比就越大，薄膜就越疏松;2.隨著粒子粒徑的增大，薄膜開(kāi)始出現(xiàn)顏色所需的組裝周期數(shù)減小，隨后薄膜顏色隨組裝周期數(shù)的繼續(xù)增加而出現(xiàn)紅移現(xiàn)象;粒子粒徑過(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致薄膜顏色的不均勻性增加，顏色黯淡，顏色變化

6、種類減少，虹彩效應(yīng)削弱等現(xiàn)象;粒徑適中的粒子在隨組裝周期數(shù)不斷增加的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)顏色的循環(huán)現(xiàn)象;3.本研究得到的SiO2/PEI薄膜在整體上符合薄膜干涉生色理論，但薄膜結(jié)構(gòu)在某些局部和微區(qū)是無(wú)序的，光的散射作用始終存在，且隨粒子粒徑的增大，薄膜表面的起伏度增加，光的散射作用增加;當(dāng)粒子的粒徑較小時(shí)，粒子之間會(huì)出現(xiàn)一定程度的團(tuán)聚現(xiàn)象，光與小粒子之間還會(huì)發(fā)生一定的衍射作用;上述散射和衍射作用都會(huì)在不同程度上削弱薄膜干涉作用，造成薄膜顏色黯淡