本發(fā)明涉及光子晶體領(lǐng)域，特別是一種浸水顯隱光子晶體表面及其制備方法。

背景技術(shù)：

光子晶體是在1987年由s.john和e.yablonovitch分別獨(dú)立提出的概念，所謂光子晶體是一類介電常數(shù)在空間上成周期性分布的具有光子禁帶特性的材料，頻率落在光子禁帶內(nèi)的電磁波是禁止傳播的，因此特定波長的光無法通過光子晶體而被反射回去。光子晶體有很強(qiáng)的調(diào)制光子的能力的材料，人們可以通過設(shè)計(jì)和制造光子晶體及其器件，達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的，因此其研究已得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展，尤其在光學(xué)器件、光學(xué)傳感器、新型顏料等領(lǐng)域光子晶體被認(rèn)為有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

響應(yīng)性光子晶體是一類自身光子禁帶會(huì)對(duì)外界刺激進(jìn)行響應(yīng)的光子晶體材料。基于光子晶體受到刺激之后光子禁帶會(huì)發(fā)生移動(dòng)，1997年asher首次將光子晶體智能傳感材料應(yīng)用于金屬離子以及葡萄糖檢測。通過其對(duì)于刺激是否產(chǎn)生反射峰位置的移動(dòng)以及產(chǎn)生多大的移動(dòng)我們就能夠進(jìn)行相應(yīng)的檢測。這類響應(yīng)性光子晶體由于檢測方便、快速、變化可以為肉眼直接觀察、靈敏度高，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于溫敏傳感器、濕敏傳感器、壓力傳感器、氣體傳感器和生物化學(xué)檢測中。其中，值得一提的是ianb.burgess等人利用蒸汽在光子晶體表面修飾不同基團(tuán)得到了不同疏水性的光子晶體，而jianpingge利用磁性得到了浸水顯隱的光子晶體圖案。

利用響應(yīng)性的光子晶體進(jìn)行防偽，是響應(yīng)性光子晶體近年來逐漸發(fā)展起來的、一種利用圖案化的兩種或者幾種響應(yīng)性光子晶體對(duì)于刺激響應(yīng)的差異，從而進(jìn)行防偽。而其中磁響應(yīng)性、溶液響應(yīng)性的光子晶體用于防偽是最近的研究熱點(diǎn)之一。2009年殷亞東課題組研制了一種磁響應(yīng)的光子晶體紙，這種光子晶體紙可以用鹽水在其上進(jìn)行可逆性書寫，得到的字體清晰、顏色明亮，是潛在的新型書寫材料，同時(shí)也可以用于防偽標(biāo)志方面的應(yīng)用。常見的響應(yīng)性光子晶體不利于大規(guī)模制備，因而相關(guān)研究人員提出的光子晶體墨水打印技術(shù)，該技術(shù)利用高精度的打印機(jī)將溶解有粒徑均一的膠體粒子的溶液打印到一定的基底上，在膠體粒子溶液干燥的過程中，膠體粒子會(huì)發(fā)生自組裝，最終形成膠體光子晶體，并有鮮艷的結(jié)構(gòu)色，并利用高精度的噴墨打印機(jī)直接打印成光子晶體圖案。2006年j.moon課題組首次利用噴墨打印機(jī)制備了具有鮮艷顏色的膠體光子晶體的微陣列。2009年k.hyoki課題組提出了基于磁響應(yīng)光子晶體的彩色光子晶體打印技術(shù)，通過紫外光固化樹脂，進(jìn)而固化混合于其中的光子晶體結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了鮮艷的結(jié)構(gòu)色的固化，從而提出一種潛在的制備響應(yīng)性光子晶體防偽標(biāo)志的方法。上述的響應(yīng)性的光子晶體用于防偽，具有顏色鮮艷、變化明顯、響應(yīng)時(shí)間短以及技術(shù)門檻高等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在生產(chǎn)成本較高，防偽手段單一，并且存在被響應(yīng)性染料所仿制的可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一種浸水顯隱光子晶體表面及其制備方法。

技術(shù)方案：所述浸水顯隱光子晶體圖案包括圖案基底和附在所述基底表面的浸水顯隱的光子晶體圖案。所述浸水顯隱的光子晶體團(tuán)案由兩種光子晶體組成，所述第一種光子晶體由表面疏水處理的膠體粒子形成。所述第二種光子晶體由表面親水處理的膠體粒子形成。所述兩種光子晶體在常態(tài)下具有相同顏色，所述第一種光子晶體遇水不變色，所述第二種光子晶體遇水變色。通過上述方式即可得到所述浸水顯隱的光子晶體圖案。同時(shí)，通過對(duì)上述第一種光子晶體修飾不同的疏水基團(tuán)，還可得到在不同濃度乙醇水溶液下顯隱的光子晶體圖案。其中：

本發(fā)明的一種浸水顯隱光子晶體表面，位于基底上的光子晶體表面的不同部分具有各異的浸潤性，浸泡在水中時(shí)各部分的顏色變化不同，將隱藏的圖案顯現(xiàn)出來。

所述光子晶體表面的本體由表面含有二硫鍵的膠體粒子組裝而成。

所述膠體粒子為單分散性的表面含有二硫鍵的的二氧化硅、二氧化鈦、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或碳膠體粒子中的任意一種，其粒徑為150-500nm。

所述的基底為玻璃、硅片、紙張、塑料、絲綢、木材或金屬膜中的任一種。

所述光子晶體以提拉、沉積、噴涂或刮涂中的一種方式組裝到基底表面。

本發(fā)明的浸水顯隱光子晶體表面的制備方法包括以下步驟：

1)光子晶體本體的制備：配制膠體粒子溶液，通過提拉、沉積、噴涂或刮涂中的一種方式使膠體粒子組裝到基底表面形成光子晶體，

2)光子晶體的修飾：在步驟1)所述光子晶體本體的表面滴加含修飾分子的溶液，用掩膜遮蓋不需要修飾部分，在紫外光照射下，通過點(diǎn)擊化學(xué)進(jìn)行修飾，未被掩膜遮蓋的部分即形成修飾后的光子晶體，洗去多余反應(yīng)溶液，

3)更換反應(yīng)溶液及掩模，重復(fù)步驟2)，未被掩膜遮蓋且未反應(yīng)的部分即形成修飾后的光子晶體，重復(fù)步驟2)直至光子晶體反應(yīng)完全或無需繼續(xù)修飾。

所述的反應(yīng)為紫外光照射使二硫鍵打開與接枝分子連接，光子晶體各部分根據(jù)所結(jié)合基團(tuán)的不同呈現(xiàn)不同的疏水性。

所述通過點(diǎn)擊化學(xué)進(jìn)行修飾，其修飾的分子為含有不飽和碳碳雙鍵或巰基或二硫鍵的化合物。

有益效果：本發(fā)明的浸水顯隱光子晶體表面制備簡單、拓展性強(qiáng)、可大規(guī)模制作、應(yīng)用范圍廣。

附圖說明

圖1為浸水顯隱光子晶體制備過程，

圖2為制備完成的浸水顯隱光子晶體及其浸水時(shí)的變化，

圖中a為帶有疏水基團(tuán)的光子晶體，b為帶親水基團(tuán)的光子晶體，浸水時(shí)，a不變，b變色，從而顯現(xiàn)出光子晶體所隱藏的信息。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述浸水顯隱的光子晶體圖案由兩種光子晶體組成，第一種光子晶體的膠體粒子表面修飾疏水基團(tuán)，第二種光子晶體的膠體粒子表面修飾親水基團(tuán)。上述兩種光子晶體在常態(tài)下具有相同顏色，遇水時(shí)第一種光子晶體遇水不變色，第二種光子晶體變色。通過對(duì)上述第一種光子晶體修飾不同的疏水基團(tuán)，還可得到在不同濃度乙醇水溶液下顯隱的光子晶體圖案。其中：

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光子晶體表面的不同部分具有各異的浸潤性，浸泡在水中時(shí)各部分的顏色變化不同，將隱藏的圖案顯現(xiàn)出來。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光子晶體表面的本體由表面含有二硫鍵的膠體粒子組裝而成；

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光子晶體表面不同浸潤性部分的修飾方法為：滴加含修飾分子的溶液，用掩膜遮蓋不需要修飾部分，在紫外光照射下，通過點(diǎn)擊化學(xué)在未被掩膜遮蓋的部分接枝上特定基團(tuán)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光子晶體不同部分通過點(diǎn)擊化學(xué)進(jìn)行修飾的分子為含有不飽和碳碳雙鍵或巰基或二硫鍵的化合物。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，膠體粒子為單分散性的表面含有二硫鍵的的二氧化硅、二氧化鈦、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或碳膠體粒子中的任意一種，其粒徑為150-500nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，圖案基底為玻璃、硅片、紙張、塑料、絲綢、木材、金屬膜中的任一種。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光子晶體以提拉、沉積、噴涂、刮涂中的一種方式組裝到基底表面。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，浸水顯隱光子晶體表面的制備包括以下步驟：

1)光子晶體的制備：配制膠體粒子溶液，通過提拉、沉積、噴涂、刮涂中的一種方式使膠體粒子組裝到基底表面形成光子晶體。

2)光子晶體的修飾：在步驟1)所述光子晶體的表面滴加反應(yīng)溶液并蓋上掩膜，紫外光照射一定時(shí)間后，未被掩膜遮蓋的部分即形成修飾后的光子晶體，洗去多余溶液。

3)更換反應(yīng)溶液及掩模，重復(fù)步驟2)，未被掩膜遮蓋且未反應(yīng)的部分即形成修飾后的光子晶體。重復(fù)步驟2)直至光子晶體反應(yīng)完全或無需繼續(xù)修飾。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，浸水顯隱光子晶體圖案的制備方法中，步驟2)、步驟3)中所述的反應(yīng)為紫外光照射使二硫鍵打開與接枝分子連接，光子晶體各部分根據(jù)所結(jié)合基團(tuán)的不同呈現(xiàn)不同的疏水性。

實(shí)施例1：玻璃表面浸水顯隱光子晶體表面的制備

(1)二氧化硅膠體粒子表面修飾二硫鍵：將二氧化硅粒子分散于乙醇中，加入適量雙-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物即可得到表面修飾有二硫鍵的二氧化硅粒子；

(2)光子晶體本體的制備：將潔凈玻片豎直插入(1)中所得粒子的溶液中，置于40攝氏度干燥環(huán)境中，粒子隨溶劑揮發(fā)沉積在玻片上，4天后取出，沉積所得光子晶體本體具有一定疏水性，浸水時(shí)不變色。

(3)超疏水光子晶體部分的制備：在步驟(2)所述光子晶體本體的表面滴加丙烯酸十三氟正辛酯丙酮溶液，蓋上模板，紫外光照射一定時(shí)間后，未被模板遮蓋的部分即形成第一種光子晶體，洗去多余溶液。

(4)親水光子晶體部分的制備：在步驟(2)所述光子晶體本體的表面滴加丙烯酸乙酯丙酮溶液并蓋上模板，紫外光照射一定時(shí)間后，未被模板遮蓋且未在步驟(3)中反應(yīng)過的部分即形成親水光子晶體，洗去多余溶液。

所述三種光子晶體常態(tài)下顏色相同，光子晶體本體浸水不變色，超疏水光子晶體部分遇水不變色且表面附有氣泡，親水光子晶體部分遇水變色。在浸水條件下，即可顯現(xiàn)出模板所含圖案信息，干燥后還原。

實(shí)施例2：金屬表面浸水顯隱光子晶體表面的制備

(1)二氧化硅膠體粒子表面修飾二硫鍵：將二氧化硅粒子分散于乙醇中，加入適量雙-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物即可得到表面修飾有二硫鍵的二氧化硅粒子；

(2)光子晶體本體的制備：將(1)所述溶液進(jìn)行濃縮，用噴槍在覆蓋有模板的金屬片表面進(jìn)行噴涂得到光子晶體本體，當(dāng)噴涂至一定厚度時(shí)，所得光子晶體本體具有超疏水性。

(3)親水光子晶體部分的制備：在步驟(2)所述光子晶體本體的表面滴加丙烯酸乙酯乙醇溶液并蓋上模板，紫外光照射一定時(shí)間后，未被模板遮蓋的部分即形成親水光子晶體，洗去多余溶液。

所述兩種光子晶體常態(tài)下顏色相同，光子晶體本體部分浸水不變色且表面附有氣泡，親水光子晶體部分遇水變色。在浸水條件下，顯現(xiàn)出的圖案信息發(fā)生變化，顯示出隱藏的信息，干燥后還原。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。