一種低角度依賴性紫色硫化鋅結構色薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于結構色材料制備技術領域，具體涉及一種低角度依賴性紫色硫化鋅結構色薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]高低折射率的材料交替排列形成周期性結構，即光子晶體，特定波長的光線不能通過其產生光子帶隙，從而產生了結構色。結構色是一種物理呈色，具有顏色鮮艷、永不褪色、環境友好、制備周期短等優點。近些年來通過膠體微球的有序自組裝法，能夠形成蛋白石結構光子晶體，最后光線在具有周期性結構的光子晶體表面形成通過干射、衍射、散射等作用，產生絢麗多彩的結構色，但是因為具有虹彩效應，即不同方向觀察到的顏色不同，從而大大限制了結構色在平板顯示，印刷媒介以及光學設備等寬視角顯示方面的應用。有研究者提出在短程有序結構中添加微量黑色顏料同樣能夠提高色彩飽和度，由于短程有序結構的各向同性同時能夠有效降低結構色對角度的依賴性，達到隨著觀察角度變化結構色保持不變的效果(CN 103173039A、102702791A、103788770A)，但上述方法的不足之處在于，光子晶體結構色薄膜制備中，需要將粉體與微量炭黑或黑色顏料混合制膜，工藝較復雜，并且蛋白石結構對鍍膜環境要求很高，受外界環境干擾大，很小的環境波動都會對薄膜的質量有很大的影響，因此很難被廣泛應用。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，長程無序的結構色薄膜，其中炭黑或者黑色素的作用在于能夠在可見光波段內有較強的吸收，從而降低非相干散射，使得結構色薄膜在短程有序，長程無序的狀態下也能夠表現出較高的色彩飽和度，同時這種短程有序，長程無序的結構因為各向同性，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，能夠應用于顯示，印刷等方面。但是，該過程中所應用的超細納米級炭黑具有較高的表面能，因此存在難分散、易團聚，并且在多數溶液中難以溶解等缺點，而有機黑色染料需要進行拼色、混色等工藝過程，過程復雜且制備出來的有機黑色染料不穩定等缺點。近些年來，半導體硫化物(比如硫化鋅)材料因其具有很多優異的性能比如在污水處理，磁光轉換，抗菌，光子晶體等方面受到廣泛關注。
[0003]但是，目前為止，還沒有文獻對利用硫化物等材料來制備這種短程有序結構高飽和度機構色薄膜的制備進行過報道。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種低角度依賴性紫色硫化鋅結構色薄膜及其制備方法，該方法操作簡單，重復性強，適合工業化規模生產；經該方法制得的球形硫化鋅光子晶體球形度好，粒徑均一，結構色飽和度高，能夠使用于多種基體表面的機構色薄膜構筑，并且可以被開發成一種多功能的結構色薄膜。
[0005]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0006]本發明公開了一種低角度依賴性紫色硫化鋅結構色薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)按(5?7):1的質量比取Zn(NO3)2.6H20與聚乙烯吡咯烷酮，按聚乙烯吡咯烷酮:去離子水=(0.06?0.08) g:10mL的比例加入去離子水，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I)制得的均勻溶液與步驟2)制得的硫代乙酰胺水溶液按2: (I?1.5)的體積比混勻后，在70?85°C下，水浴反應5?8h，制得含有硫化鋅微球的乳濁液，再經過洗滌及超聲分散，最后將微球分散在乙醇溶液中，制得單分散硫化鋅微球的乙醇溶液；
[0010]4)將玻璃或者陶瓷基體置于步驟3)所制備的單分散硫化鋅微球乙醇溶液中40?60°C干燥，制得薄膜，將該薄膜在保護氣氛下，經300?500°C煅燒處理，制得低角度依賴性的紫色硫化鋅結構色薄膜。
[0011]步驟I)充分混合均勻是采用磁力攪拌器攪拌15?30min。
[0012]步驟2)中超聲混合處理時間為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去離子水洗2?4次，再經無水乙醇清洗2?4次。
[0014]步驟4)所述基板為玻璃片或者陶瓷坯體。
[0015]步驟4)所述保護氣氛采用氮氣或氬氣。
[0016]步驟4)所述真空干燥是在50?65°C下進行。
[0017]本發明還公開了采用上述方法制得的低角度依賴性紫色硫化鋅結構色薄膜，該低角度依賴性紫色硫化鋅結構色薄膜中炭黑分布均勻，無角度依賴性，球形度好，粒徑均一。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0019]本發明公開的低角度依賴性紫色硫化鋅光子晶體結構色色料的制備方法，先采用化學均勻沉淀法，通過嚴格控制Zn(NO3)2.6H20與聚乙烯吡咯烷酮的反應配比(5?7:1)，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，然后在保護氣氛下進行煅燒，使微量有機物炭化，從而得到炭黑均勻分布在微球中的紫色結構色薄膜，這種含碳硫化鋅微球粉體顏料的顏色不會隨觀察角度的變化而變化，呈色穩定，不易褪色。本發明制備方法簡單，重復性強，對基體粗糙度要求較低(玻璃(光滑表面)，陶瓷(粗糙表面)表面均可)，由于微量的有機物碳化所產生的C的存在使得非相干散射光強度降低，而相干散射強度更加突出，從而在粗糙表面短程有序的非蛋白石結構仍然具有較高的色彩飽和度。不但解決了化學有機物顏料易褪色，對人體有害的技術難題，同時解決了蛋白石結構對基板要求嚴格，鍍膜環境苛刻等技難題。本發明工藝操作過程簡單易行，能大規模工業生產，適用于在多種材質表面構建無隨角異色結構色色料，具有廣闊的應用前景，同時能夠擴充短程有序結構色薄膜材料的種類。
[0020]經本發明方法制得的低角度依賴性紫色硫化鋅結構色薄膜炭黑分布均勻，無角度依賴性，球形度好，粒徑均一，色彩飽和度高。在顯示材料、傳感、催化以及各類材料表面著色領域有著廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1所得的X射線衍射圖；
[0022]圖2為實施例1所得的掃描電鏡圖；
[0023]圖3為硫化鋅微球經過煅燒之后的EDS圖；
[0024]圖4為實施例1所得的結構色薄膜的光學照片；
[0025]圖5為實施例1所得的結構色薄膜在光學顯微鏡下放大20倍照片。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0027]實施例1
[0028]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0029]—種低角度依賴性紫色硫化鋅結構色色料的制備方法，包括以下步驟:
[0030]I)按質量比為5:1稱取Zn(NO3)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:1OOmL加入去離子水，總水量為10mL磁力攪拌充分溶解并均勻混合，攪拌30min得到均勻溶液；
[0031]2)準確稱量硫代乙酰胺0.3g，加50mL去離子水超聲混合10?20min，得到硫代乙酰胺水溶液；
[0032]3)將上述I)和2)兩個均勻溶液分別攪拌均勻后，加入同一個燒杯中，磁力攪拌80°C條件下水浴反應6h，即可得到含有硫化鋅微球的乳濁液，再經水洗、醇洗各三次之后經過超聲分散得到單分散硫化鋅微球的乙醇溶液。
[0033]4)將玻璃或者陶瓷基體置于步驟3)所制備的單分散硫化鋅微球乙醇溶液中40°C干燥，制得硫化鋅結構色薄膜，然后將