一種低角度依賴性藍(lán)色硫化鋅結(jié)構(gòu)色薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光子晶體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低角度依賴性藍(lán)色硫化鋅結(jié)構(gòu)色薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高低折射率的材料交替排列形成周期性結(jié)構(gòu)，即光子晶體，特定波長的光線不能通過其產(chǎn)生光子帶隙，從而產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)色。結(jié)構(gòu)色是一種物理呈色，具有顏色鮮艷、永不褪色、環(huán)境友好、制備周期短等優(yōu)點(diǎn)。近些年來通過膠體微球的有序自組裝法，能夠形成蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，最后光線在具有周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體表面形成通過干射、衍射、散射等作用，從而產(chǎn)生絢麗多彩的結(jié)構(gòu)色，但是因?yàn)榫哂泻绮市?yīng)，即不同方向觀察到的顏色不同，從而大大限制了結(jié)構(gòu)色在平板顯示，印刷媒介以及光學(xué)設(shè)備等寬視角顯示方面的應(yīng)用。有研究者提出添加微量黑色顏料能夠提高色彩飽和度，而且能夠有效降低結(jié)構(gòu)色對角度的依賴性，達(dá)到隨著觀察角度變化結(jié)構(gòu)色保持不變的效果(CN 103173039A、102702791A、103788770A)，但上述方法的不足之處在于，光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜制備中，需要將粉體與微量炭黑或黑色顏料混合制膜，工藝較復(fù)雜，并且蛋白石結(jié)構(gòu)對鍍膜環(huán)境要求很高，受外界環(huán)境干擾大，很小的環(huán)境波動(dòng)都會(huì)對薄膜的質(zhì)量有很大的影響，因此很難被廣泛應(yīng)用。很多研究者在氧化硅或者聚苯乙烯膠體溶液中加入微量的炭黑或者黑色素，利用旋涂等方法制備出短程有序，長程無序的結(jié)構(gòu)色薄膜，其中炭黑或者黑色素的作用在于能夠在可見光波段內(nèi)有較強(qiáng)的吸收，從而降低非相干散射，使得結(jié)構(gòu)色薄膜在短程有序，長程無序的狀態(tài)下也能夠表現(xiàn)出較高的色彩飽和度，同時(shí)這種短程有序，長程無序的結(jié)構(gòu)因?yàn)楦飨蛲?，所以具有低角度依賴性，即隨著觀察角度的變化，顏色基本不變，能夠應(yīng)用于顯示，印刷等方面。但是，該過程中所應(yīng)用的超細(xì)納米級(jí)炭黑具有較高的表面能，因此存在難分散、易團(tuán)聚，并且在多數(shù)溶液中難以溶解等缺點(diǎn)，而有機(jī)黑色染料需要進(jìn)行拼色、混色等工藝過程，過程復(fù)雜且制備出來的有機(jī)黑色染料不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。近些年來，半導(dǎo)體硫化物(比如硫化鋅)材料因其具有很多優(yōu)異的性能比如在污水處理，磁光轉(zhuǎn)換，抗菌，光子晶體等方面受到廣泛關(guān)注。
[0003]目前為止，還沒有文獻(xiàn)對利用無機(jī)半導(dǎo)體氧化物、硫化物等材料來制備這種短程有序結(jié)構(gòu)色薄膜進(jìn)行過報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種低角度依賴性藍(lán)色硫化鋅結(jié)構(gòu)色薄膜及其制備方法，該方法操作簡單，重復(fù)性強(qiáng)，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；經(jīng)該方法制得的球形硫化鋅光子晶體球形度好，粒徑均一，應(yīng)用廣泛。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明公開了一種低角度依賴性藍(lán)色硫化鋅光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0007]1)按(3?5): 1的質(zhì)量比取Ζη(Ν03)2.6H20與聚乙烯吡咯烷酮，再按聚乙烯吡咯烷酮:去離子水=(0.05?0.06)g:100mL的比例加去離子水，充分混合均勻，得到均勻溶液；
[0008]2)按(0.3?0.5)g:50mL的比例，將硫代乙酰胺溶于去離子水中，超聲混合處理，得到硫代乙酰胺水溶液；
[0009]3)將步驟1)制得的均勻溶液與步驟2)制得的硫代乙酰胺水溶液按(2?2.5):1的體積比混勻后，在70?85°C下，水浴反應(yīng)5?8h，制得含有硫化鋅微球的乳濁液，再經(jīng)過洗滌及超聲分散，制得單分散硫化鋅微球的乙醇溶液；
[0010]4)將基板置于單分散硫化鋅微球乙醇溶液真空干燥，制得硫化鋅薄膜，將硫化鋅薄膜在保護(hù)氣氛下，經(jīng)300?500°C煅燒處理，制得藍(lán)色硫化鋅光子晶體結(jié)構(gòu)色色料。
[0011]步驟1)充分混合均勻是采用磁力攪拌器攪拌25?30min。
[0012]步驟2)中超聲混合處理時(shí)間為10?20min。
[0013]步驟3)所述的洗滌是將含有硫化鋅微球的乳濁液先經(jīng)去離子水洗2?4次，再經(jīng)無水乙醇清洗2?4次。
[0014]步驟4)所述保護(hù)氣氛采用氮?dú)饣驓鍤狻?br>[0015]步驟4)所述真空干燥是在50?65°C下進(jìn)行。
[0016]本發(fā)明還公開了采用上述方法制得的低角度依賴性藍(lán)色硫化鋅光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜，該低角度依賴性藍(lán)色硫化鋅光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜炭黑分布均勻，無角度依賴性，球形度好，粒徑均一。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0018]本發(fā)明公開的低角度依賴性藍(lán)色硫化鋅結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，先采用化學(xué)均勻沉淀法，通過嚴(yán)格控制Ζη(Ν03)2.6H20與聚乙烯吡咯烷酮的反應(yīng)配比(3?5:1)，以及去離子水的用量，制備出粒徑均一的硫化鋅微球納米顆粒，然后在保護(hù)氣氛下煅燒處理，使微量有機(jī)物炭化，從而得到炭黑均勻分布在微球中的藍(lán)色結(jié)構(gòu)色薄膜，這種含碳硫化鋅微球薄膜顏料的顏色不會(huì)隨觀察角度的變化而變化，呈色穩(wěn)定，不易褪色。本發(fā)明制備方法簡單，重復(fù)性強(qiáng)，由于微量的有機(jī)物碳化所產(chǎn)生的C的存在使得非相干散射光強(qiáng)度降低，而相干散射強(qiáng)度更加突出，從而在粗糙表面短程有序的非蛋白石結(jié)構(gòu)仍然具有較高的色彩飽和度。不但解決了化學(xué)有機(jī)物顏料易褪色，對人體有害的技術(shù)難題，同時(shí)解決了蛋白石結(jié)構(gòu)對基板要求嚴(yán)格，鍍膜環(huán)境苛刻等技難題。半導(dǎo)體，硫化物(比如硫化鋅)材料具有很多優(yōu)異的性能，可以應(yīng)用在污水處理，磁光轉(zhuǎn)換，抗菌，光子晶體等方面，并且可以被制備成多功能材料。目前為止，還沒有文獻(xiàn)對利用無機(jī)半導(dǎo)體氧化物、硫化物等材料來制備這種短程有序結(jié)構(gòu)色薄膜進(jìn)行過報(bào)道。
[0019]經(jīng)本發(fā)明利用一種新穎的方法制得的藍(lán)色硫化鋅光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜中炭黑分布均勻，無角度依賴性，球形度好，粒徑均一，在顯示材料、傳感、催化以及各類材料表面著色領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1為實(shí)施例1所得的X射線衍射圖；
[0021]圖2為實(shí)施例1所得的掃描電鏡圖；
[0022]圖3為硫化鋅微球經(jīng)過煅燒之后的EDS圖；
[0023]圖4為實(shí)施例1所得的結(jié)構(gòu)色薄膜的光學(xué)照片；
[0024]圖5為實(shí)施例1所得的結(jié)構(gòu)色薄膜光學(xué)顯微鏡下放大30倍照片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0028]—種藍(lán)色硫化鋅結(jié)構(gòu)色色料的制備方法，包括以下步驟:
[0029]1)按質(zhì)量比為3:1稱取Ζη(Ν03)2.6H20與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)若干克，加入燒杯中，按照比例0.06g PVP: 100mL去離子水，總水量為100mL磁力攪拌充分溶解并均勻混合，攪拌30min得到均勻溶液；
[0030]2)準(zhǔn)確稱量硫代乙酰胺0.3g，加50mL去離子水超聲混合10?20min，得到硫代乙酰胺水溶液；
[0031]3)將上述1)和2)兩個(gè)均勻溶液分別攪拌均勻后，加入同一個(gè)燒杯中，磁力攪拌80°C條件下水浴反應(yīng)6h，即可得到含有硫化鋅微球的乳濁液，再經(jīng)水洗、醇洗各三次之后經(jīng)過超聲分散得到單分散硫化鋅微球的乙醇溶液。
[0032]4)將玻璃或者陶瓷基板放置于步驟3)所制得的單分散硫化鋅微球的乙醇溶液在60°C真空干燥箱中烘干，制得短程語序硫化鋅薄膜，然后將薄膜在氮?dú)獗Ｗo(hù)下經(jīng)過300°C熱處理，即可得到無角