專利名稱：一種電響應(yīng)光子晶體薄膜器件、其制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電響應(yīng)光子晶體，尤其是涉及由嵌段高分子聚合物構(gòu)成的電響 應(yīng)光子晶體。
背景技術(shù)：
光子晶體(Photonic Crystals)是指具有光子帶隙(Photonic Band-Gap,簡 稱為PBG)特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時也稱為PBG結(jié)構(gòu)，所謂的光 子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性結(jié)構(gòu)中傳播，即這種結(jié)構(gòu)本身存 在"禁帶"。從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電 結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計和制造的晶體。光子晶體完全依靠自身結(jié)構(gòu)就可實現(xiàn)帶阻濾 波，且結(jié)構(gòu)比較簡單。迄今為止，已有多種基于光子晶體的全新光子學(xué)器件被 相繼提出，包括無閾值的激光器，無損耗的反射鏡和彎曲光路，高品質(zhì)因子的 光學(xué)微腔，低驅(qū)動能量的非線性開關(guān)和放大器，波長分辨率極高而體積極小的 超棱鏡，具有色散補(bǔ)償作用的光子晶體光纖，高效發(fā)光二極管以及其他在電響 應(yīng)設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用。
在諸多電相應(yīng)設(shè)備中，電響應(yīng)的顯示設(shè)備目前已經(jīng)應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ詈?工作的各方面，由光子晶體制備的電響應(yīng)顯示器件具有能耗低，不褪色，低驅(qū) 動電壓等優(yōu)點。Y. Song等人報道了利用導(dǎo)電高分子聚吡咯制備反蛋白石結(jié)構(gòu) 的電響應(yīng)光子晶體，實現(xiàn)了由紅色到綠色的轉(zhuǎn)變。(Chemistry of Materials 2008, 20， 3554 ) Ozin等人報道了基于聚二茂鐵硅烷的三維光子晶體，其顏色能夠 在全光譜范圍進(jìn)行電壓控制。(Nature Photonics, 2007, 1,468.及Angewandte Chemie International Edition. 2009, 48, 943.)
上述方法均為以納米微球作為模板制成的三維光子晶體，制備工藝及后處 理步驟繁雜，成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、應(yīng)用廣泛的電響應(yīng)光 子晶體薄膜器件。
本發(fā)明的另 一 目的在于是提供 一 種制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的的方 法，該方法具有工藝簡單，成本低，對設(shè)備無特殊要求等特點。
本發(fā)明的再一目的是提供本發(fā)明所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的用途。 為了解決上述中的至少一個技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電響應(yīng)光子晶體
薄膜器件，包括兩層導(dǎo)電玻璃；以及封裝在所述兩層導(dǎo)電玻璃之間的一維光 子晶體薄膜，所述一維光子晶體薄膜由嵌段高分子聚合物構(gòu)成，所述一維光子 晶體薄膜被選擇性溶劑浸泡，其中當(dāng)向所述導(dǎo)電玻璃施加外加電壓時，所述光 子晶體薄膜會發(fā)生顏色變化。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述一維光子晶體薄膜由嵌段高分子聚合物通過自 組裝形成，所述嵌段高分子聚合物為第一嵌段和第二嵌段形成的兩嵌段高分子 聚合物，且所述第一嵌段和第二嵌段具有強(qiáng)烈的相分離的特征。進(jìn)一步地，所 述第一嵌段或所述第二嵌段占所述嵌段高分子聚合物的38vol% ~60vol%。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，上述光子晶體薄膜的嵌段重復(fù)單元的總數(shù)為20-200個；在干態(tài)條件下，所述一維光子晶體薄膜的厚度為2 20微米。"干態(tài)條 件"是指一維光子晶體薄膜制備干燥后、在浸入選擇性溶劑之前的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，當(dāng)所述第一嵌段選自聚苯乙烯及其衍生物時，所述 第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶)，聚(4-乙烯基吡啶)，聚異戊二烯，聚丁二烯， 聚二茂鐵硅烷，聚丙烯酸及其衍生物。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當(dāng)所述第一嵌段選自聚丙烯酸酯的衍生物，所述 第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶)或聚(4-乙烯基吡啶)及它們的衍生物。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述嵌段高分子聚合物的分子量為Ixl05 1.3xl06g/mol, 優(yōu)選2xl05 6xl05 g/mo1。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述外電壓可以是直流電，交流電以及脈沖電壓。 進(jìn)一步地，所述直流電的電壓不高于2.5V，所述交流電的電壓均值不高于6V， 所述脈沖電壓的最大值不大于5V。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述選擇性溶劑為可選擇性地溶解第 一嵌段或第二嵌段的溶劑，所述溶劑選自包括醇類，腈類，烴類，酯類，醚類，胺類，純水 及無機(jī)鹽溶液的組以及它們的任意比例混和物。具體地說，如乙醇水溶液，乙 腈水溶液，曱醇水溶液，乙醇乙腈溶液，乙醇水溶液等等。
所述嵌段高分子聚合物可由陰離子聚合法，自由基聚合法，絡(luò)合聚合法， 縮聚或機(jī)械化學(xué)法，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他方法而直接制備。
由于組成嵌段高分子聚合物的第 一嵌段與第二嵌段具有相分離的特征，同 時選擇性溶劑可以選擇性地溶解第一嵌段或第二嵌段。因此，在選擇性溶劑存 在的條件下，具有電響應(yīng)特性的其中某一嵌段會在外加電壓的作用下發(fā)生電化
正負(fù)離子相互作用，產(chǎn)生溶脹或塌縮現(xiàn)象，從而使得兩嵌段高分子聚合物中、 由第 一嵌段和第二嵌段構(gòu)成的嵌段單元的厚度會隨之發(fā)生改變，同時折光指數(shù) 隨著溶脹而變小，第一嵌段和第二嵌段的折光指數(shù)之差隨著溶脹變大。而呈現(xiàn) 不同的光學(xué)特征。
通過控制選擇性溶劑的組成和濃度比例，同時調(diào)節(jié)外加電壓，可以使所述 光子晶體薄膜的禁帶光譜處在不同的波長范圍內(nèi)，此禁帶光譜可以覆蓋從紫外
光區(qū)到紅外光區(qū)的所有光譜范圍。如果光子晶體薄膜的禁帶光語被控制在可見 光波長范圍內(nèi)，則可使得光子晶體薄膜呈現(xiàn)不同的肉眼可見的顏色。
光子晶體薄膜在不同電壓環(huán)境內(nèi)的一般變化規(guī)律是當(dāng)嵌段高分子聚合物 帶正電荷且又處于正極位置上，那么電壓越大，顏色越紅移；當(dāng)嵌段高分子聚 合物帶正電荷且又處于負(fù)極位置上，那么電壓越大，顏色越藍(lán)移；當(dāng)嵌段高分 子聚合物帶負(fù)電荷且又處于正極位置上，那么電壓越大，顏色越藍(lán)移；當(dāng)嵌段 高分子聚合物帶負(fù)電荷且又處于負(fù)極位置上，那么電壓越大，顏色越紅移。
對于高電荷密度的光子晶體薄膜，可在選擇性溶劑中加入鹽離子，當(dāng)有電 壓存在時，鹽離子會發(fā)生定向運動，使得陰陽離子在體系中的分布發(fā)生變化 當(dāng)陽離子濃度在帶有正電荷的光子晶體薄膜處變大時，光子晶體顏色將紅移； 當(dāng)陽離子濃度在帶有負(fù)電荷的光子晶體薄膜處變大時，光子晶體顏色將藍(lán)移； 當(dāng)陰離子濃度在帶有負(fù)電荷的光子晶體薄膜處變大時，光子晶體顏色將紅移； 當(dāng)陰離子濃度在帶有正電荷的光子晶體薄膜處變大時，光子晶體顏色將藍(lán)移。
本發(fā)明的又一目的，是提供所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的應(yīng)用。當(dāng)?shù)谝磺抖魏偷诙抖伪贿x擇為特定物質(zhì)時，通過選擇適當(dāng)成分和濃度的選擇性溶 劑，可使得一維光子晶體薄膜在不通電的情況下呈藍(lán)色，通電后會隨著電壓的 改變而呈現(xiàn)不同的顏色，這時的電響應(yīng)光子晶體薄膜器件可以適用于全色顯示 器件和化學(xué)傳感器。
優(yōu)選地，本發(fā)明所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的選擇性溶劑為濃度 10wt。/。 80wt。/o的乙醇水溶液。此時光子晶體薄膜在選4奪性溶劑中未通電的情 況下呈現(xiàn)藍(lán)色，外加所述電壓后，隨著電壓的增大光子晶體薄膜顏色向光譜的 紅端移動。這樣的電響應(yīng)光子晶體薄膜器件將在液晶顯示屏領(lǐng)域獲得很好的應(yīng) 用。
本發(fā)明所提供的電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其結(jié)構(gòu)簡單，原料成分成本較 低，易于合成，適于工業(yè)化生產(chǎn)。且光學(xué)特征可控性強(qiáng)，應(yīng)用范圍較寬，加電
后驅(qū)動電壓低(< 2.5V)，耗電量低(每次色彩轉(zhuǎn)換耗電小于30微瓦)，因此 使用成本也可得到有效控制。
本發(fā)明另一目的在于提供一種制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，包括 如下步驟a、將導(dǎo)電玻璃表面進(jìn)行清潔化處理；b、在導(dǎo)電玻璃表面上形成 一維光子晶體薄膜，所述一維光子晶體薄膜由兩嵌段高分子聚合物構(gòu)成；c、 將附著有所述一維光子晶體薄膜的導(dǎo)電玻璃進(jìn)行干燥；d、將所述一維光子晶 體薄膜用選擇性溶劑浸泡；以及e、用另外一個導(dǎo)電玻璃對所述光子晶體薄膜 和浸泡所述光子晶體薄膜的所述選擇性溶劑進(jìn)行封裝。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，步驟b中所述形成一維光子晶體薄膜的步驟，包 括如下步驟將含有第一嵌段和第二嵌段的、總濃度為4 8wt。/。的溶液均勻涂 布在導(dǎo)電玻璃上，于40 - 14(tc在良溶劑中放置8 h~120 h進(jìn)行相分離，通過 嵌段高分子自組裝得到約為20-200個第一嵌段和第二嵌段組成的單元構(gòu)成 的、重復(fù)層疊的多層薄膜結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，當(dāng)所述第一嵌段選自聚苯乙烯及其衍生物時，所述 第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶)，聚(4-乙烯基吡啶)，聚異戊二烯，聚丁二烯， 聚二茂鐵硅烷，聚丙烯酸及其衍生物。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當(dāng)所述第一嵌段選自聚丙烯酸酯的衍生物，所述 第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶)或聚(4-乙烯基吡啶)及它們的衍生物。根據(jù)本發(fā)明的一方面，上述制備方法中所用良溶劑為揮發(fā)性良溶劑，可以 選自卣代烴，醇類，醚類，烴類，芳烴及其衍生物，酯類中之一以及它們的任 意組合，或者其他能夠達(dá)到同樣技術(shù)效果的化學(xué)物質(zhì)。良溶劑是指溶劑單元對 高分子單元(對于嵌段高分子就是任意其中的某個嵌段)的作用大于溶劑單元 對溶劑單元的作用，即對第一嵌段和第二嵌段均具有較好溶解度的溶劑。采用 揮發(fā)性良溶劑的優(yōu)勢在于在一維光子晶體薄膜通過自組裝形成的過程中，能夠 在較低的溫度下，產(chǎn)生較高的飽和蒸氣壓進(jìn)行自組裝過程，可以大大降低相分 離所需的時間。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，上述方法的選擇性溶劑選自包括醇類，腈類，烴類， 酯類，醚類，胺類，純水及其無機(jī)鹽溶液的組以及它們的任意比例的混和物。
優(yōu)選為濃度10wt。/。 80wt。/。的乙醇溶液。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，上述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器 件的方法，其在導(dǎo)電玻璃表面上形成一維光子晶體薄膜之前，可首先對第一嵌 段和第二嵌段進(jìn)行化學(xué)修飾、增加所述第一嵌段和第二嵌段的電響應(yīng)能力，之
后再涂抹于所述導(dǎo)電玻璃上自組裝形成一維光子晶體薄膜；或者在導(dǎo)電玻璃表 面上形成一維光子晶體薄膜并且干燥之后，進(jìn)一步包括采用化學(xué)^f'務(wù)飾的方法、 增加所述兩嵌段高分子聚合物的電響應(yīng)能力的步驟。也就是說，所述增加一維 光子晶體薄膜電響應(yīng)能力的步驟，既可以在所述一維光子晶體薄膜形成之前進(jìn)
行，也可以在其形成之后進(jìn)行。
上述增加物質(zhì)電響應(yīng)能力的化學(xué)修飾方法可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知
的對于含有雙鍵官能團(tuán)的嵌段高分子，需要使用巰基羧酸鹽，巰基磺酸鹽及 其衍生物(3 - 20wt% )在40 - 80。C進(jìn)行反應(yīng)24 - 80小時；對于含有吡。定單 元的嵌段高分子，需要使用溴乙烷，碘乙烷，氯乙烷，及其衍生物或類似物在 40- 80。C進(jìn)行反應(yīng)24- 80小時。反應(yīng)完成后，將導(dǎo)電玻璃從反應(yīng)體系中取出， 待下一步操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，上述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法， 所述步驟A可進(jìn)一步包括利用表面纟務(wù)飾劑對所述導(dǎo)電玻璃進(jìn)行改性的步驟， 具體方法是將所述導(dǎo)電玻璃浸入含有5 10wt。/。表面修飾劑的甲醇或乙醇溶 液浸泡8 16小時，取出所述導(dǎo)電玻璃，用無水甲醇或無水乙醇洗凈后吹干。所述表面修飾劑可以選自3-氨基丙基三甲氧基硅烷，3-氯丙基三曱氧基硅烷或 者3-碘丙基三曱氧基硅烷之一和它們的任意組合，以及其他能夠達(dá)到同樣技術(shù) 效果的物質(zhì)。對所述導(dǎo)電玻璃進(jìn)行改性的目的在于，可使光子晶體薄膜與導(dǎo)電 玻璃能夠具有良好的親和性。
上述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的制備方法，既不需借助特定的裝置對膜進(jìn) 行處理，也不需要特殊的模板，只要使嵌段高分子在其良溶劑的氣氛中自組裝 即形成所需的一維光子晶體薄膜，因而工藝簡單，對設(shè)備無特殊要求，成本較 低。
由于本發(fā)明所提供的電響應(yīng)光子晶體薄膜器件及其制備方法，具有上述的 優(yōu)點，因而，進(jìn)一步地，上述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件可以用于全色顯示器件 以及化學(xué)傳感器的制作。
本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描 述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中
將變得明顯和容易理解，其中
圖l為一維光子晶體薄膜的透射電鏡照片；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中電響應(yīng)光子晶體薄膜器件施加外加電 壓前后、 一維晶體薄膜的厚度變化同薄膜顏色之間關(guān)系的模式圖。(其中光子 晶體帶正電荷)
附圖中符號含義如下
la為處于陽極的導(dǎo)電玻璃
lb為處于陰極的導(dǎo)電玻璃
2為第一嵌段示意圖
3為第二嵌段示意圖
具體實施例方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元 件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能 解釋為對本發(fā)明的限制。
實施例1電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的制備(一)
將濃度為5wt。/。的聚苯乙烯/聚(2-乙烯基吡啶)嵌段高分子(兩個嵌段高分 子的分子量均為20萬)的丙二醇單曱醚乙酸酯溶液(良溶劑)旋涂于ITO導(dǎo) 電玻璃上。本操作分為兩步，首先以3000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速旋涂一層作為基底， 持續(xù)時間30秒，然后以旋涂轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)每分鐘，持續(xù)90秒再涂一層。旋涂完 畢將其放置于5(TC的氯仿(揮發(fā)性良溶劑)氣氛中，保持24小時，然后迅速
將其取出，吹干，此時聚合物形成多層結(jié)構(gòu)的一維光子晶體薄膜。此一維光子 晶體薄膜的透射電鏡照片如圖l所示。
將一維光子晶體薄膜ITO玻璃浸入乙醇溶液中(選擇性溶劑)。調(diào)節(jié)乙醇 與水的比例，至乙醇濃度為40vol%，可看到光子晶體表面呈現(xiàn)出藍(lán)色。然后 將一 O形橡膠圏置于一維光子晶體薄膜上方，再加一片導(dǎo)電玻璃，用環(huán)氧樹 脂封裝。
外加電壓施加于薄膜，當(dāng)電壓從OV到2.5V變化時，嵌段高分子聚合物 中的一個嵌段發(fā)生溶脹，導(dǎo)致光子晶體薄膜器件的反射峰將從藍(lán)色(470 nm) 一直紅移至紅色(633 nm)，從而形成了全色顯示。如果在電壓2.5V時，施加 反向電壓，則嵌段高分子聚合物中的溶脹嵌段發(fā)生塌陷，導(dǎo)致光子晶體薄膜器 件的反射峰將從紅色(633 nm)移至藍(lán)色(470 nm)。如果在電壓2.5V時，繼 續(xù)增大電壓，反射峰將移至近紅外區(qū)域且高階布拉格峰在可見光波段出現(xiàn)。(如 圖2所示)
由于依照本實施例制作而成的電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，在很窄的電壓區(qū) 間(2.5V)內(nèi)，反射光鐠就能覆蓋全色范圍。其驅(qū)動電壓低，能有效避免電化 學(xué)副反應(yīng)，并且能量消耗很低，因而適合工業(yè)應(yīng)用。
實施例2電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的制備(二)
將實例1中的光子晶體薄膜ITO玻璃片置于10wt。/o溴乙烷/正己烷溶液中 進(jìn)行化學(xué)修飾，于50 。C反應(yīng)60小時后，將玻片取出，用乙醇溶液洗凈，此 時，聚(2-乙烯基吡啶)嵌段中的吡啶已被季胺化，帶有正電荷。將該玻片置于
ii一定濃度下的硝酸鋰的乙腈溶液(選擇性溶劑)，調(diào)節(jié)硝酸鋰的濃度，可得到 發(fā)藍(lán)色的光子晶體薄膜。將此薄膜制成如實例1中的顯示單元，將得到響應(yīng)時
間將小于0.4秒的快響應(yīng)光子晶體。若使用50Hz，峰值為5.0V,峰寬為2ms 的脈沖電壓，其顏色將穩(wěn)定控制在紅色。若使用50Hz,峰值為4.6V,峰寬為 2ms的脈沖電壓，其顏色將穩(wěn)定控制在黃色。若使用50Hz，峰值為4.4V，峰 寬為2ms的脈沖電壓，其顏色將穩(wěn)定控制在綠色。 實施例3電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的制備(三)
將濃度為5wt%的聚苯乙烯/聚(4-乙烯基吡啶)嵌段高分子(兩個嵌段的分 子量均為15萬)的丙二醇單甲醚乙酸酯溶液(良溶劑)旋涂于ITO導(dǎo)電玻璃上。 本操作分為兩步，首先以3000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速旋涂一層作為基底，持續(xù)時間 30秒，然后以旋涂轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)每分鐘，持續(xù)90秒再涂一層。旋涂完畢將其放 置于5(TC的氯仿(揮發(fā)性良溶劑)氣氛中，保持72小時，然后迅速將其取出， 吹干，此時聚合物形成多層結(jié)構(gòu)的一維光子晶體薄膜。。
將一維光子晶體薄膜ITO玻璃浸入乙腈溶液(選擇性溶劑)中。調(diào)節(jié)乙腈與 水的比例，至乙腈濃度為35vol%，可看到光子晶體表面呈現(xiàn)出藍(lán)色。然后將 一 0形橡膠圏置于一維光子晶體薄膜上方，再加一片導(dǎo)電玻璃，用環(huán)氧樹脂 封裝。
外加電壓施加于薄膜，當(dāng)電壓從OV到1.2V變化時，嵌段高分子聚合物 中的一個嵌段發(fā)生溶脹，導(dǎo)致光子晶體薄膜器件的反射峰將從藍(lán)色(480 nm) 一直紅移至紅色(640nm)， >^人而形成了全色顯示。如果在電壓1.2V時，施加 負(fù)電壓，則嵌段高分子聚合物中的溶脹嵌段發(fā)生塌陷，導(dǎo)致光子晶體薄膜器件 的反射峰將從紅色(640 nm)移至藍(lán)色(480 nm)。如果在電壓1.2V時，繼續(xù) 增大電壓，反射峰將移至近紅外區(qū)域且高階布拉格峰在可見光波段出現(xiàn)。
實施例4電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的制備(四)
將濃度為10wt%的聚苯乙烯/聚(異戊二烯)嵌段高分子(兩個嵌段的分子量 均為12萬)的異丙苯溶液(良溶劑)旋涂于ITO導(dǎo)電玻璃上。本操作分為兩步， 首先以3000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速旋涂一層作為基底，持續(xù)時間30秒，然后以旋涂 轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)每分鐘，持續(xù)90秒再涂一層。旋涂完畢將其放置于室溫的異丙苯 氣氛中，保持120小時，然后迅速將其取出，吹干，此時聚合物形成多層結(jié)構(gòu)的一維光子晶體薄膜。。
將一維光子晶體ITO玻璃放入巰基乙酸10wt。/。的乙醇溶液中40。C下反應(yīng) 24小時進(jìn)行化學(xué)修飾，將一維光子晶體ITO玻璃取出，用無水乙醇沖洗，于 是得到羧基化的一維光子晶體，其具有電響應(yīng)的特征。
將一維光子晶體薄膜ITO玻璃浸入乙醇溶液(選擇性溶劑)中。調(diào)節(jié)乙醇與 水的比例，至乙醇濃度為60vol%，可看到光子晶體表面呈現(xiàn)出藍(lán)色。然后將 一 O形橡膠圏置于一維光子晶體薄膜上方，再加一片導(dǎo)電玻璃，用環(huán)氧樹脂 封裝。
外加電壓施加于薄膜，當(dāng)電壓從0V到-2.2V變化時，嵌段高分子聚合物 中的一個嵌段發(fā)生溶脹，導(dǎo)致光子晶體薄膜器件的反射峰將從藍(lán)色(450 nm) 一直紅移至紅色(630nm)，從而形成了全色顯示。如果在電壓-2.2V時，施加 正向電壓，則嵌段高分子聚合物中的溶脹嵌段發(fā)生塌陷，導(dǎo)致光子晶體薄膜器 件的反射峰將從紅色(630nm)移至藍(lán)色(450nm)。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而 言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多 種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，包括兩層導(dǎo)電玻璃；以及封裝在所述兩層導(dǎo)電玻璃之間的一維光子晶體薄膜，所述一維光子晶體薄膜由嵌段高分子聚合物構(gòu)成，所述一維光子晶體薄膜被選擇性溶劑浸泡，其中當(dāng)向所述導(dǎo)電玻璃施加外電壓時，所述光子晶體薄膜會發(fā)生顏色變化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中，所述一維光子 晶體薄膜由嵌段高分子聚合物通過自組裝形成，所述嵌段高分子聚合物為第一 嵌段和第二嵌段形成的兩嵌段高分子聚合物，且所述第 一嵌段和第二嵌段具有相分離的特征。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中，所述嵌段高分 子聚合物中所述第一嵌段或所述第二嵌段占所述嵌段高分子聚合物的38vol % ~ 60vol % 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中，所述光子晶體 薄膜的嵌段重復(fù)單元的總數(shù)為20~200個，所述一維光子晶體薄膜在干態(tài)條件 下的厚度為2 20微米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中，所述第一嵌段 選自聚苯乙烯及其衍生物，所述第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶)，聚(4-乙烯基 吡咬)，聚異戊二烯，聚丁二烯，聚二茂鐵硅烷，聚丙烯酸及其衍生物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中，所述第一嵌段 選自聚丙烯酸酯的衍生物，所述第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶)或聚(4-乙烯基 吡p定)及它們的衍生物。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任意一項所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其特征 在于，所述嵌段高分子聚合物的分子量為Ixl05~1.3xl06g/mol。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7中所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其特征在于，所述 嵌段高分子聚合物的分子量為2xl05 6xl05g/mol。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中，所述外電壓可 以是直流電，交流電以及脈沖電壓。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中，所述直流電的電壓不高于2.5V，所述交流電的電壓均值不高于6V，所述脈沖電壓的最大值 不大于5V。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其特征在于，所述 選擇性溶劑為可選擇性地溶解第一嵌段或第二嵌段的溶劑，所述溶劑選自包括醇類，腈類，烴類，酯類，醚類，胺類，純水及無機(jī)鹽溶液的組以及它們的任 意比例混和物。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，其中所述選 捧性溶劑為濃度10wt。/。 80wt。/。的乙醇水溶液。
13、 一種全色顯示器件，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的電響應(yīng)光子晶體薄 膜器件。
14、 一種化學(xué)傳感器，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的電響應(yīng)光子晶體薄膜 器件。
15、 一種制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，包括如下步驟A、 將導(dǎo)電玻璃表面進(jìn)行清潔化處理；B、 在導(dǎo)電玻璃表面上形成一維光子晶體薄膜，所述一維光子晶體薄膜由 兩嵌段高分子聚合物構(gòu)成；C、 將附著有所述一維光子晶體薄膜的導(dǎo)電玻璃進(jìn)行干燥；D、 將所述一維光子晶體薄膜用選擇性溶劑浸泡；以及E、 用另外一個導(dǎo)電玻璃對所述光子晶體薄膜和浸泡所述光子晶體薄膜的 所述選"^性溶劑進(jìn)行封裝。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其中， 步驟B中所述形成一維光子晶體薄膜的步驟，包括如下步驟將含有第一嵌段和第二嵌段的、總濃度為4 8wt。/。的溶液均勻涂布在導(dǎo)電 玻璃上，于40- 140。C在良溶劑中放置8 h~120 h進(jìn)行相分離，通過嵌段高分 子自組裝得到約為20 ~ 200個第一嵌段和第二嵌段組成的單元構(gòu)成的、重復(fù)層 疊的多層薄膜結(jié)構(gòu)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其中， 所述第 一嵌段選自聚苯乙烯及其衍生物，所述第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶)，聚(4-乙烯基吡啶)，聚異戊二烯，聚丁二烯，聚二茂鐵硅烷，聚丙烯酸及其衍 生物。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其中， 所述第一嵌段選自聚丙烯酸酯的衍生物，所述第二嵌段選自聚(2-乙烯基吡啶) 或聚(4-乙烯基吡啶)及它們的衍生物。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，所述 良溶劑為揮發(fā)性良溶劑，選自包括囟代烴，醇類，醚類，烴類，芳烴及其衍生 物，酯類的組以及它們的任意組合。
20、 根據(jù)權(quán)利要求15所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其特征 在于，所述選擇性溶劑選自包括醇類，腈類，烴類，酯類，醚類，胺類，純水 及其無機(jī)鹽溶液的組以及它們的任意比例的混和物。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其特征 在于，所述選擇性溶劑為濃度10wt。/。 80wt。/。的乙醇溶液。
22、 根據(jù)權(quán)利要求16所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其特征 在于所述步驟進(jìn)一步包括在所述導(dǎo)電玻璃上涂抹第一嵌段和第二嵌段之前、采 用化學(xué)修飾的方法、增加所述第 一嵌段和第二嵌段的電響應(yīng)能力的步驟。
23、 根據(jù)權(quán)利要求14所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其特征 在于所述步驟C之后進(jìn)一步包括采用化學(xué)修飾的方法、增加所述兩嵌段高分 子聚合物的電響應(yīng)能力的步驟。
24、 根據(jù)權(quán)利要求15所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其特征 在于，所述步驟A可進(jìn)一步包括利用表面修飾劑對所述導(dǎo)電玻璃進(jìn)行改性的 步驟將所述導(dǎo)電玻璃浸入含有5 10wt。/。表面修飾劑的甲醇或乙醇溶液浸泡 8~16小時，取出所述導(dǎo)電玻璃，用無水曱醇或無水乙醇洗凈后吹干。
25、 根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求24所述制備電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的方法，其 特征在于，所述表面修飾劑選自包括3-氨基丙基三曱氧基硅烷，3-氯丙基三曱 氧基硅烷和3-碘丙基三曱氧基硅烷的組以及它們的任意組合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電響應(yīng)光子晶體薄膜器件，包括兩層導(dǎo)電玻璃；以及封裝在所述兩層導(dǎo)電玻璃之間的一維光子晶體薄膜，所述一維光子晶體薄膜由嵌段高分子聚合物構(gòu)成，所述一維光子晶體薄膜被選擇性溶劑浸泡，其中當(dāng)向所述導(dǎo)電玻璃施加外電壓時，所述光子晶體薄膜會發(fā)生顏色變化。該電響應(yīng)光子晶體薄膜器件結(jié)構(gòu)簡單，原料成分成本較低，易于合成，適于工業(yè)化生產(chǎn)；且光學(xué)特征可控性強(qiáng)，應(yīng)用范圍較寬。本發(fā)明還提供了該電響應(yīng)光子晶體薄膜器件的制備方法以及該器件在全色顯示器件以及化學(xué)傳感器方面的應(yīng)用。
文檔編號G01N27/26GK101561611SQ200910203240
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者盧軼劼, 奇 吳, 夏宏偉, 張廣照 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)