一種二元膠體晶體的快速制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二元膠體晶體的快速制備方法，提出一種由兩種不同粒徑的膠體微球進(jìn)行快速自組裝制備膠體晶體膜的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]膠體晶體是由膠體微球自組裝而產(chǎn)生的二維或者三維有序結(jié)構(gòu)的晶體，目前廣泛地應(yīng)用于光子晶體的制備、傳感器、催化等領(lǐng)域。二元膠體晶體采用兩種粒徑大小不同的膠體微球進(jìn)行自組裝而形成。兩種粒徑不同的微球的存在，便于對(duì)膠體晶體反射峰位置的控制以及對(duì)其孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控。然而，由于兩種微粒的相互干擾，其自組裝過(guò)程的控制要求高于一元膠體晶體自組裝。
[0003]目前二元膠體晶體自組裝主要采用垂直沉積法、旋涂法、氣液界面自組裝等方法。垂直自組裝一般將基片插入乳液之中，隨著溶劑的揮發(fā)，二元膠體晶體在基片上生長(zhǎng)，然而該方法一般需要十小時(shí)或者更長(zhǎng)的時(shí)間。旋涂法雖然比較快捷，但是一般情況下，旋涂所制備的膠體晶體結(jié)構(gòu)中缺陷多于垂直自組裝所得到的膠體晶體。專(zhuān)利申請(qǐng)CN101787139A提出一種在水面自組裝制備二元膠體晶體的方法，然而該方法中在水面只能形成二維膠體晶體，如果要制備三維膠體晶體，需要多次制備二維膠體晶體并進(jìn)行堆疊，堆疊過(guò)程不可避免地產(chǎn)生缺陷和裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種通過(guò)水平自組裝快速制備二元膠體晶體的方法，能夠在3小時(shí)內(nèi)完成制備過(guò)程，該方法包含以下步驟:
[0005](I)將大小兩種膠體微球乳液進(jìn)行超聲混合；
[0006](2)將經(jīng)過(guò)親水處理的基片水平放置于室溫或者烘箱中，隨后將混合膠體微球乳液滴在基片表面，并使乳液攤開(kāi)并覆蓋整個(gè)基片表面；
[0007](3)隨著溶劑的揮發(fā)，二元膠體晶體從基片邊緣開(kāi)始生長(zhǎng)并沿著基片向內(nèi)延伸，直至徹底干燥后形成二元膠體晶體；
[0008](4)通過(guò)使用其他材料填充并去除膠體微球，可以得到反相二元膠體晶體。
[0009]步驟I中，大小不同的膠體微球粒徑比一般在10:1-10:3之間，優(yōu)選在10:1.5-10:2.2之間。另外大微球?yàn)榫酆衔镂⑶?，?yōu)選自聚苯乙烯微球、交聯(lián)的聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸乙酯微球。混合乳液的分散相為水相或者混有微量醇類(lèi)的水相。小微球可選擇聚合物微球或者無(wú)機(jī)微球。
[0010]步驟2中，一般選用玻璃、石英或者硅材料的基片，并將基片浸泡于食人魚(yú)溶液(98 %濃硫酸和質(zhì)量百分濃度為30 %的雙氧水水溶液按體積比為3:1配制的混合溶液，該溶液具有極強(qiáng)的氧化性，遇有機(jī)溶劑可能會(huì)引發(fā)爆炸，故使用中及廢液處理時(shí)應(yīng)嚴(yán)格注意安全)中，于90°C加熱處理30min，然后用去離子水清洗，并用氮?dú)獯蹈伞?br>[0011 ] 步驟3中，基片可以放置于室溫或者烘箱內(nèi)，如果放于烘箱內(nèi)，溫度應(yīng)控制在四十度以下，以防止溶劑揮發(fā)速度過(guò)快。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為實(shí)施例1所得到的二元膠體晶體的數(shù)碼照片。
[0013]圖2為實(shí)施例1所得到的二元膠體晶體膜的掃描電鏡圖。
[0014]圖3為實(shí)施例2所得到的二元膠體晶體膜的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下所述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。
[0016]以下所述實(shí)施例中所使用的原料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為可以從商業(yè)途徑購(gòu)得。
[0017]實(shí)施例l、790nm和150nm聚苯乙烯膠體微球的二元膠體晶體的制備。
[0018]從市面上購(gòu)得粒徑為790nm及150nm的兩種聚苯乙烯微球乳液(分散相為水)，取適量的兩種乳液進(jìn)行混合，并通過(guò)水的加入調(diào)整濃度，使乳液中790nm微球的體積百分比為8%，150nm微球的體積百分比為0.14%。用超聲分散使混合乳液分散均勻，待用。
[0019]將18mmX18mm的玻璃片置于食人魚(yú)溶液中，90°C加熱處理30min，然后用去離子水清洗，并用氮?dú)獯蹈?，并將之水平放置于桌面之上?br>[0020]用移液槍取30 μ L混合乳液，滴在玻璃片上，用移液槍吸頭將乳液平鋪于整個(gè)玻璃片之上。靜置三個(gè)小時(shí)候，溶劑揮發(fā)完畢，可以得到二元膠體晶體。其數(shù)碼照片及掃描電鏡圖分別見(jiàn)附圖1和附圖2。
[0021]實(shí)施例2、100nm和150nm聚苯乙烯膠體微球的二元膠體晶體的制備
[0022]首先通過(guò)乳液聚合的方法制備粒徑為100nm的聚苯乙烯膠體微球:先后將500ml去離子水和25ml苯乙烯加入裝有機(jī)械攪拌器和回流冷凝管的IL三口燒瓶中，將三口燒瓶置于在60°C的水浴中進(jìn)行加熱并通氮攪拌，機(jī)械攪拌速度為300r/min，60分鐘后，在三口燒瓶中加入0.13g過(guò)硫酸鉀作為乳液聚合引發(fā)劑，反應(yīng)25h后，得到粒徑為100nm聚苯乙烯膠體微球的乳液，該聚苯乙烯膠體微球粒徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%。
[0023]從市面上購(gòu)得粒徑為150nm的聚苯乙烯微球乳液(分散相為水)，取適量?jī)煞N膠體微球乳液進(jìn)行混合，并通過(guò)水的加入調(diào)整濃度，使乳液中100nm微球的體積百分比為15%, 150nm微球的體積百分比為0.24%。用超聲分散使混合乳液分散均勻，待用。
[0024]將20mmX20mm的硅片置于食人魚(yú)溶液中，90°C加熱處理30min，然后用去離子水清洗，并用氮?dú)獯蹈?，并將之水平放置于桌面之上?br>[0025]用移液槍取40 μ L混合乳液，滴在玻璃片上，并用移液槍吸頭將乳液平鋪于整個(gè)玻璃片之上。靜置三個(gè)小時(shí)候，溶劑揮發(fā)完畢，可以得到二元膠體晶體。其掃描電鏡圖見(jiàn)附圖3。
[0026]實(shí)施例3、790nm聚苯乙稀膠體微球和140nm 二氧化娃微球形成的二元膠體晶體的制備。
[0027]從市面上購(gòu)得粒徑為790nm的聚苯乙稀微球乳液及粒徑為140nm的二氧化娃微球乳液，取適量?jī)煞N膠體微球乳液進(jìn)行混合，配置混合乳液，并通過(guò)水的加入調(diào)整濃度，使乳液中聚苯乙烯微球的體積百分比為6%，二氧化硅微球的體積百分比為0.09%。用超聲分散使混合乳液分散均勻，待用。
[0028]將18mmX18mm的玻璃片置于食人魚(yú)溶液中，90°C加熱處理30min，然后用去離子水清洗，并用氮?dú)獯蹈?，并將之水平放置于桌面之上?br>[0029]用移液槍取30 μ L混合乳液，滴在玻璃片上，并用移液槍吸頭將乳液平鋪于整個(gè)玻璃片之上。靜置三個(gè)小時(shí)候，溶劑揮發(fā)完畢，可以得到二元膠體晶體。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速制備二元膠體晶體的方法，該方法包含以下步驟: 將大小兩種膠體微球乳液進(jìn)行超聲混合，配置的混合乳液微球濃度在1-25 %之間，優(yōu)選 2-15% ； 將經(jīng)過(guò)親水處理的基片水平放置于室溫或者烘箱中，隨后將混合膠體微球乳液滴在基片表面，并使乳液攤開(kāi)并覆蓋整個(gè)基片表面； 隨著溶劑的揮發(fā)，二元膠體晶體從基片邊緣開(kāi)始生長(zhǎng)并沿著基片向內(nèi)延伸，直至徹底干燥后形成二元膠體晶體。
2.權(quán)利要求1中，大小不同的膠體微球粒徑比在10:1-10:3之間，優(yōu)選在10:1.5-10:2.2 之間。
3.權(quán)利要求1所述的微球，大微球?yàn)榫酆衔镂⑶?，?yōu)選自聚苯乙稀微球、交聯(lián)的聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸乙酯微球?；旌先橐旱姆稚⑾酁樗嗷蛘呋煊形⒘看碱?lèi)的水相。小微球可選擇聚合物微球或者無(wú)機(jī)微球。
4.權(quán)利要求1中所述的基片親水處理，選用玻璃、石英或者硅片，并將基片浸泡于食人魚(yú)溶液中，使之表面氧化而達(dá)到親水效果。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的目的在于提出一種通過(guò)水平自組裝快速制備二元膠體晶體的方法，該方法包含以下步驟：(1)將粒徑不同的兩種膠體微球乳液進(jìn)行超聲混合；(2)將經(jīng)過(guò)親水處理的基片水平放置于室溫或者烘箱中，隨后將混合膠體微球乳液滴在基片表面，并使乳液攤開(kāi)并覆蓋整個(gè)基片表面；(3)隨著溶劑的揮發(fā)，二元膠體晶體從基片邊緣開(kāi)始生長(zhǎng)并沿著基片向內(nèi)延伸，直至徹底干燥后形成二元膠體晶體；(4)通過(guò)使用其他材料填充并去除膠體微球，可以得到反相二元膠體晶體。
【IPC分類(lèi)】C08K3-36, C08F2-22, C08J5-18, C08L25-06, C08F112-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104744712
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410797911
【發(fā)明人】王利魁, 劉云, 姚伯龍, 鄧麗朵
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日