彩色纤维素薄膜及其制备方法和应用 |
|||||||
| 申请号 | CN202211266227.1 | 申请日 | 2022-10-17 | 公开(公告)号 | CN117924805A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 北京航空航天大学; | 发明人 | 程群峰; 杨田田; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及结构色材料领域，公开了及一种彩色 纤维 素 薄膜 及其制备方法和应用。该彩色 纤维素 薄膜含有纤维素基功能材料且表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生结构色。本发明的彩色纤维素薄膜具有均匀、鲜亮的结构色，其 颜色 稳定、永不褪色，并且能够实现彩色薄膜的大面积制备。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种彩色纤维素薄膜，其特征在于，该彩色纤维素薄膜含有纤维素基功能材料且表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生结构色。 |
||||||
| 说明书全文 | 彩色纤维素薄膜及其制备方法和应用技术领域背景技术[0002] 纤维素及其衍生物是一类最早商业化应用的高分子材料之一，在造纸、纺织、塑料、食品、能源、医药、涂料等领域有广泛的应用。通过酯化、醚化、氧化、接枝共聚等反应在主链上键合功能性的基团可以赋予纤维素各种功能，如力学、电学、光学、磁力、传感、检测、吸附、分离纯化、催化、抗菌等多种功能，在包装、力/光/电/磁器件、传感/检测器件、吸附分离材料、催化、生物医用、信息存储等不同领域具有广泛应用价值。纤维素及其衍生物材料多是无色透明的，通过添加颜料或染料可以使其呈现丰富的颜色。但是颜料或染料的合成会造成大量的废水污染，并且存在重金属残留、光漂白褪色等问题。 [0003] 结构色是由微米或纳米尺度微结构(薄膜、光栅、光子晶体等)对光的调制作用(如衍射、干涉、散射等)产生的颜色，具有金属光泽、饱和度高、颜色可控、色彩丰富、耐光漂白、环境友好等特点，是一种替代化学颜料显色的良好选择。利用环保、可降解的纤维素及其衍生物构筑结构色材料可以赋予纤维素材料绚丽的色彩，并且可以使纤维素的功能得以保持或增强，可应用于各种功能材料领域。专利(CN107353704 A；CN111040225 B)和文献(Carbohydrate Polymers，2017，174，39‑47；Journal of Materials Chemistry C，2016，4，9687‑9696；Advanced Materials，2017，29，1701469)中报道了利用纤维素纳米晶自组装制备具有鲜亮色彩的纤维素膜材料的方法。专利CN104198401A公开了一种利用三维光子晶体为模板制备彩色醇类响应纤维素基光子晶体的方法。文献中也报道了几种利用纤维素衍生物通过三维光子晶体模板法制备功能纤维素基光子晶体检测材料的方法(Nanoscale， 2018，10，2090‑2098；Analytical Chemistry，2016，88，5424‑5429；Analyst，2019，144， 1892‑1897；Sensors and Actuators B，2015，220，222–226)。目前专利和文献中报道的彩色纤维素膜材料存在结构稳定性较差、色彩亮度低等问题，并且构筑方法存在制备过程工艺参数复杂、只适用于一种或几种材料、难以实现大规模制备等问题。 发明内容[0004] 针对现有技术制备的彩色纤维素基功能材料存在的问题，本发明提供一种彩色纤维素薄膜及其制备方法和应用，该彩色纤维素薄膜具有均匀、鲜亮的结构色，其颜色稳定、永不褪色，并且能够实现彩色薄膜的大面积制备。 [0005] 为了实现上述目的，本发明一方面提供一种彩色纤维素薄膜，其中，该彩色纤维素薄膜含有纤维素基功能材料且表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生结构色。 [0007] 优选地，所述纯纤维素功能材料是指利用未改性或再生的纤维素材料制备的功能材料，所用纤维素材料选自纤维素纳米晶、细菌纤维素和再生纤维素材料中的一种或多种。 [0008] 优选地，所述纤维素复合材料是指将纤维素与其他材料进行复合制备的功能材料，选自纤维素光电或压电复合材料、纤维素基检测吸附材料和纤维素基生物医用复合材料材料中的一种或多种。 [0009] 优选地，所述纤维素酯通过使纤维素链上的羟基与酸、酰氯、酰卤、酸酐反应而得到。 [0012] 优选地，所述纤维素醚选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素和纤维素三苯甲基醚中的一种或多种。 [0013] 优选地，所述纤维素接枝共聚物由纤维素链上的羟基与引发剂反应，通过自由基聚合、开环聚合、原子转移自由基聚合、可逆加成‑断裂链转移聚合反应中的一种或多种将小分子单体聚合接枝到纤维素高分子链上而得到。 [0014] 优选地，所述纤维素接枝共聚物选自羟乙基纤维素接枝聚N‑异丙基丙烯酰胺、纤维素接枝聚(N‑异丙基丙烯酰胺)‑聚(4‑乙烯吡啶)嵌段共聚物、纤维素接枝聚甲基丙烯酸N,N‑二甲基氨基乙酯、纤维素接枝聚(N‑异丙基丙烯酰胺)和纤维素接枝聚乳酸和纤维素接枝杯芳烃接枝共聚物中的一种或多种。 [0015] 优选地，所述纤维素交联共聚物由纤维素与双官能团分子作用，纤维素高分子间发生交联反应制备得到。 [0017] 优选地，所述表面修饰的纤维素功能材料为通过对纤维素材料表面进行物理或化学处理得到的功能材料； [0019] 优选地，所述穹顶结构为一个以上；优选地，所述穹顶结构为多个；更优选地，所述穹顶结构阵列分布。 [0020] 优选地，所述穹顶结构阵列分布时，相邻穹顶结构的间距为0‑500μm，优选为0‑10μm。 [0021] 优选地，所述穹顶结构的直径为500nm‑100μm，优选为5‑30μm。 [0024] 根据本发明第二方面，提供本发明第一方面的彩色纤维素薄膜的制备法，其中，该方法包括以下步骤， [0025] 1)制备具有凹坑结构的模板的步骤； [0026] 2)在步骤1)得到模板的具有凹坑结构的一面上填充纤维素基功能材料后并使其固化的步骤； [0027] 3)将所述模板与固化后的纤维素基功能材料进行分离的步骤。 [0030] 本发明通过构筑穹顶结构获得了功能性彩色纤维素薄膜，该薄膜具有均匀、鲜亮的结构色，其颜色稳定、永不褪色；无需添加颜料或染料，可减少对环境和人类的危害；以纤维素作为原料构筑结构色材料，生物相容性好、可生物降解，并且可以通过物理复合或化学键合赋予材料各种功能，应用于食品、包装、传感/检测器件、催化、生物医用材料等领域，具有重要的应用价值。并且，本发明的制备方法，操作简单，条件易控，没有复杂繁琐的操作流程，实用性强。 [0032] 图1中的a为本发明的彩色纤维素薄膜的穹顶结构与光相互作用产生结构色的机理示意图，图1中的b为a中标出的穹顶结构的直径的示意图。 [0033] 图2是实施例1中制备的具有穹顶结构的彩色醋酸纤维素薄膜的SEM图像。 [0034] 图3是实施例1中制备的具有穹顶结构的彩色醋酸纤维素薄膜的光学图片。 [0035] 图4是实施例1中制备的具有穹顶结构的彩色醋酸纤维素薄膜的散射光谱图。 具体实施方式[0036] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。 [0037] 根据本发明第一方面，提供一种彩色纤维素薄膜，其中，该彩色纤维素薄膜含有纤维素基功能材料且表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生结构色。 [0038] 根据本发明，优选地，所述彩色纤维素薄膜由纤维素基功能材料构成且表面具有穹顶结构，所述穹顶结构能够产生结构色。 [0039] 根据本发明，优选地，所述纤维素基功能材料为纯纤维素功能材料、纤维素复合材料、纤维素酯、纤维素醚、纤维素接枝共聚物、纤维素交联共聚物和表面修饰的纤维素功能材料中的一种或多种。 [0040] 在本发明中，所述纯纤维素功能材料是指利用未改性或再生的纤维素材料制备的功能材料，包括纤维素纳米晶、细菌纤维素和再生纤维素等材料中的一种或多种。 [0041] 在本发明中，所述纤维素复合材料是指将纤维素与其他材料进行复合制备的功能材料，包括纤维素光电或压电复合材料、纤维素基检测吸附材料和纤维素基生物医用复合材料等材料中的一种或多种。 [0042] 在本发明中，所述纤维素酯可以通过使纤维素链上的羟基与酸、酰氯、酰卤、酸酐反应而得到。所述纤维素酯包括纤维素醋酸酯、纤维素丁酸酯、纤维素醋酸丁酸酯、纤维素硝酸酯、纤维素苯甲酸酯、纤维素硫酸酯、纤维素氨基甲酸酯等纤维素酯及其衍生物中的一种或多种。 [0043] 在本发明中，所述纤维素醚可以由纤维素上的羟基与烷基卤化物或者其他醚化试剂在碱性条件下反应生成。合成方法可以选自Williamson醚化反应、碱催化环氧加成反应、碱催化加成反应中的一种或多种。优选地，所述纤维素醚包括甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素和纤维素三苯甲基醚等纤维素醚及其衍生物中的一种或多种。 [0044] 在本发明中，所述纤维素接枝共聚物由纤维素链上的羟基与引发剂反应，通过自由基聚合、开环聚合、原子转移自由基聚合、可逆加成‑断裂链转移聚合反应中的一种或多种将小分子单体聚合接枝到纤维素高分子链上而得到。优选地，所述纤维素接枝共聚物包括羟乙基纤维素接枝聚N‑异丙基丙烯酰胺、纤维素接枝聚(N‑异丙基丙烯酰胺)‑聚(4‑乙烯吡啶)嵌段共聚物、纤维素接枝聚甲基丙烯酸N,N‑二甲基氨基乙酯、纤维素接枝聚(N‑异丙基丙烯酰胺)、纤维素接枝聚乳酸和纤维素接枝杯芳烃等纤维素接枝共聚物中的一种或多种。 [0045] 在本发明中，所述纤维素交联共聚物由纤维素与双官能团分子作用，纤维素高分子间发生交联反应制备得到。优选地，所述纤维素交联共聚物选自甲醛交联纤维素聚合物、二元醛交联纤维素聚合物、二元酸交联纤维素聚合物和二乙烯基砜交联聚合物中的一种或多种。 [0046] 在本发明中，所述表面修饰的纤维素功能材料是指通过对纤维素材料表面进行物理或化学处理得到的功能材料，包括超疏水纤维素材料、抗菌性季铵盐纤维素材料、TEMPO氧化透明纤维素材料和硅烷化纤维素材料等材料中的一种或多种。 [0047] 根据本发明，所述穹顶结构为一个及以上；优选地，所述穹顶结构为多个；更优选地，所述穹顶结构阵列分布。 [0048] 在本发明中，所述的相邻的穹顶结构的间距可以为0‑500μm，优选为0‑10μm，通过使所述间距在上述范围内，薄膜的结构色亮度更高。 [0049] 根据本发明，所述穹顶结构的直径为500nm‑100μm；优选地，所述穹顶结构的直径为5‑30μm。在本发明中，所述“穹顶结构的直径”是指穹顶结构所属球的直径，在图1的b中表示为D。 [0050] 根据本发明，所述穹顶结构的曲率角可以为40‑150°；优选地，所述穹顶结构的曲率角为60‑120°；更优选地，所述穹顶结构的曲率角为70‑100°。通过使所述凹坑结构曲率角在上述范围内，穹顶结构可以呈现结构色。 [0051] 根据本发明，所述彩色纤维素薄膜的厚度可以为5‑500μm，优选为10‑150μm。 [0052] 根据本发明，所述彩色纤维素薄膜的反射光谱谱峰位置范围为200‑15000nm；优选地，所述彩色纤维素薄膜的反射光谱谱峰位置范围为310‑1050nm；更优选地，所述彩色纤维素薄膜的反射光谱谱峰位置范围为390‑780nm。通过使彩色纤维素薄膜的反射光谱谱峰位置范围在上述范围内，薄膜具有亮丽的结构色彩。 [0053] 根据本发明第二方面，提供本发明第一方面的表面具有穹顶结构的彩色纤维素薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤， [0054] 1)制备具有凹坑结构的模板的步骤； [0055] 2)在步骤1)得到模板的具有凹坑结构的一面上填充纤维素基功能材料后并使其固化的步骤； [0056] 3)将所述模板与固化后的纤维素基功能材料进行分离的步骤。 [0057] 优选地，所述具有凹坑结构的模板的制备方法选自刻蚀法、呼吸图案法、光刻法、纳米压印法、电子束刻蚀法、聚焦离子束刻蚀法、双光子聚合法或微球组装法中的一种或多种。 [0058] 在本发明中，所述刻蚀法是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分基底层除去，从而在基底上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。刻蚀技术主要分为干法刻蚀与湿法刻蚀。干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀；湿法刻蚀主要利用化学试剂与被刻蚀材料发生化学反应进行刻蚀。 [0059] 本发明中，所述呼吸图案法是一种以水滴为模板，通过水滴有序排列得到蜂窝状有序多孔结构的方法。首先将聚合物溶解于和水不相溶的低沸点有机溶剂(例如如氯仿、二硫化碳)中，然后在潮湿气流创造的高湿度环境下，将聚合物溶液滴在基板上，溶液中的溶剂快速挥发导致溶液表面的温度降低，使高湿度环境中的水蒸气在聚合物溶液表面凝结成微小的球状液滴。液滴在表面对流和热毛细管力的作用下，通过自组装在聚合物溶液中形成有序排列。由于水的表面张力作用，随着溶剂的挥发，聚合物会吸附并沉淀在水/有机溶剂界面处，将水滴的有序排列结构复制并固定下来，同时又防止了水滴的凝聚。最后，当溶剂和水完全挥发后，就会在聚合物膜上表面形成有序排列的蜂窝状结构。 [0060] 在本发明中，所述光刻法是指在光照作用下，借助光致抗蚀剂(又名光刻胶)将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。其主要过程为：首先紫外光通过掩膜版照射到附有一层光刻胶薄膜的基片表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域的光刻胶(前者称正性光刻胶，后者称负性光刻胶)，使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上；最后利用刻蚀技术将图形转移到基片上。 [0061] 在本发明中，所述纳米压印法是将模板上的微纳结构转移到待加工材料上的技术。一般分为两个步骤：第一步是模板的加工，通常使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工出所需要的结构作为模板；第二步是图样的转移，将模板压在待加工的材料表面，采用加压的方式使图案转移到材料表面。 [0062] 在本发明中，所述电子束刻蚀法是在计算机控制下，按照加工要求的图形，利用聚焦后的电子束对基片上的抗蚀剂进行曝光，在抗蚀剂中产生具有不同溶解性能的区域，根据不同区域的溶解特性，利用具有选择性的显影剂进行显影，溶解性强的抗蚀剂部分被去除，溶解性差或不溶的部分保留下来，由此可以得到所需要的抗蚀剂图形。 [0063] 在本发明中，所述聚焦离子束刻蚀法是将离子束聚焦到亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束扫描运动，实现微纳米图形的检测分析和微纳米结构的无掩模加工。所述聚焦离子束刻蚀法通常分为2个步骤：1)准备待加工样品，然后在在待加工样品上用聚焦离子束沉积一层Pt；2)然后通过聚焦离子束对该区域进行精确加工，或配合特定的气体注入系统进行精确沉积或刻蚀。 [0064] 本发明中，所述双光子聚合法是利用物质在发生双光子吸收后所引发的光聚合过程。通过将激光聚焦的方式，将反应区域局限在焦点附近极小的位置，并且通过精密移动台纳米量级的移动，使该焦点在光敏物质内移动，聚焦的微纳光斑经过的位置，光敏物质产生变性和固化，因此可以打印任意形状的3D物体。 [0065] 在本发明中，所述微球组装法指胶体微球在物理化学的作用下，自组装成有序的胶体微球阵列。微球自组装的具体方法有滴涂、浸渍提拉、旋涂、电泳沉积、界面组装和单向摩擦组装。其中滴涂法为随机分散的胶体粒子在液体蒸发过程中连续自组装；浸渍提拉法为在精确控制液体蒸发和提拉速率时，胶体微球在垂直(或倾斜)、平坦的基底上连续组装；旋涂法为溶液在亲水基底上以高剪切速率铺展时，胶体微球迅速自发组装；电泳沉积法为胶体微球悬浮液限域在两电极板的体系中，电极板通电时带电胶体微球于电极板一侧自发组装；界面组装为胶体微球乳液经分散剂分散在气液界面，伴随着乳液中液体的挥发，悬浮在气液界面的胶体微球自发组装；单向摩擦组装为胶体微球在两块弹性体间受单向摩擦力而组装。 [0066] 根据本发明，作为制备所述模板的材料可以为无机材料、有机材料和复合材料中的一种或多种。 [0068] 优选地，所述有机材料为聚苯乙烯、羟丙基纤维素、聚丙烯、嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。 [0069] 优选地，所述复合材料为PVA/SiO2和聚甲基丙烯酸甲酯/纳米SiO2复合材料中的一种或者多种。 [0070] 根据本发明，纤维素基功能材料如上所述。 [0071] 根据本发明第三方面，提供本发明第一方面的彩色纤维素薄膜在智能响应检测器、炫彩包装、防伪图案和柔性显示器中的应用。 [0072] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。 [0073] 实施例1 [0074] 1)准备5cm×5cm的玻璃片，采用化学气相接枝疏水分子1H,1H,2H,2H全氟癸基三甲氧基硅烷(PFOS)，制备对墨水接触角80°的疏水基材； [0075] 2)利用孔径大小为200nm的油性滤头将墨水(由聚乙二醇溶解于水和乙二醇的混合溶剂中制备得到，聚乙二醇、水和乙二醇的质量比为5：38：57)过滤，随后将过滤好的透明聚合物墨水滴入到喷墨打印墨盒中，并安装喷射墨滴体积为1pl的喷头，制备直径为16μm，曲率角为70°的穹顶结构。 [0077] 4)将3)中得到具有穹顶结构的玻璃放入真空干燥器中，在其中滴加2滴氟硅烷，抽真空20min后，放入80℃烘箱中加热2h，进行疏水化处理； [0078] 5)将疏水化后的具有穹顶结构的玻璃放置于培养皿中，配制15g的环氧树脂(购于EPOTEK，OG142‑87型号)倒入其中，在真空中去除气泡后，放入80℃烘箱中加热2h； [0079] 6)将环氧树脂从穹顶结构的玻璃模板上揭下来，即得到了具有穹顶结构反结构的环氧树脂凹坑模板； [0080] 7)取适量醋酸纤维素(CA)溶解在N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌状态下使其完全溶解，制备浓度为10wt％的CA/DMF溶液； [0081] 8)将CA/DMF溶液填充到具有穹顶结构反结构的环氧树脂凹坑模板中，60℃挥发溶剂，干燥后将醋酸纤维素膜与模板剥离，得到具有穹顶结构的彩色醋酸纤维素薄膜，厚度为25um。 [0082] 通过扫描电子显微镜图片(图2)可知，该薄膜具有穹顶结构，通过观察可以看到薄膜呈现亮丽的结构色(具体的拍摄图片请见图3)，通过宏观角分辨仪得到了该薄膜的散射光谱图(图4)。由此可知，得到了具有穹顶结构的结构色薄膜。另外，如图1中的a所示，该薄膜产生结构色的机理为在凹面的光学界面处沿着全内反射不同轨迹行进的光由于干涉作用产生颜色。 [0083] 本实施例制备的醋酸纤维素薄膜具有鲜亮的结构色，可以用于智能炫彩包装。 [0084] 实施例2 [0085] 1)将道康宁Sylgard 184的A组分(预聚物)与B组分(固化剂)以质量比10：1混合配制聚二甲基硅氧烷(PDMS)20g，随后将其倒入方形塑料培养皿中，抽真空后放入80℃烘箱，2h后取出，得到PDMS片； [0086] 2)将PDMS裁成5cm×8cm大小。取其中一块PDMS作为基底，另一块PDMS作为摩擦片； [0087] 3)取粒径10μm的二氧化硅颗粒的干粉(0.1g)放置于PDMS基底上，通过PDMS摩擦片在PDMS基底上的单向摩擦使二氧化硅小球在PDMS基底上紧密排列，形成了单层的二氧化硅小球阵列； [0088] 4)将3)中得到具有单层二氧化硅小球的PDMS基底放入真空干燥器中，在其中滴加2～3滴氟硅烷，抽真空20min后，放入80℃烘箱中加热2h，进行疏水化处理； [0089] 5)将疏水化后的具有单层二氧化硅小球的PDMS基底放置于培养皿中，将与上述步骤1)同样的方法配制的聚二甲基硅氧烷10g倒入其中，在真空中去除气泡后，放入80℃烘箱中加热2h，然后，将PDMS片从具有单层二氧化硅小球的PDMS基底上揭下来，得到了具有凹坑结构的PDMS模板； [0090] 6)取羟丙基纤维素溶解于水中，搅拌状态下使其完全溶解，配置成浓度为5wt％的溶液； [0091] 7)将步骤5)中具有凹坑结构的PDMS模板进行等离子处理(200W，200s)使其亲水化，将羟丙基纤维素水溶液填充到具有凹坑结构的PDMS模板中，60℃挥发水分，干燥后将羟丙基纤维素膜与PDMS模板剥离，得到具有穹顶结构的彩色羟丙基纤维素薄膜，厚度为20um。 [0092] 通过扫描电子显微镜图可知，该薄膜具有穹顶结构，通过观察可以看到薄膜呈现亮丽的结构色，通过宏观角分辨仪得到了该薄膜的散射光谱图。由此可知，得到了具有穹顶结构的结构色薄膜。另外，该薄膜产生结构色的机理为在凹面的光学界面处沿着全内反射不同轨迹行进的光由于干涉作用产生颜色。 [0093] 本实施例制备的羟丙基纤维素薄膜由于含有亲水基团羟基，在不同湿度下可以发生溶胀或收缩，可以用于环境湿度检测。 [0094] 实施例3 [0095] 1)向聚苯乙烯中加入氯仿，超声振荡使其完全溶解，得到含量为5重量％的聚苯乙烯溶液(PS溶液)； [0096] 2)向密封容器内的玻璃片上滴加聚苯乙烯溶液； [0097] 3)含有固定相对湿度为65％的水蒸气的氮气气流立即吹过PS溶液，整个过程温度为10℃； [0098] 4)待溶剂及气液界面自发凝结的水滴完全蒸发后，得到了具有凹坑结构的PS模板； [0099] 5)取适量纤维素醋酸丁酸酯(CAB)溶解在N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌状态下使其完全溶解，制备浓度为10wt％的CAB/DMF溶液； [0100] 6)将CAB/DMF溶液填充到具有凹坑结构的PS模板中，60℃挥发溶剂，干燥后将CAB膜与模板剥离，得到具有穹顶结构的彩色醋酸丁酸纤维素薄膜，厚度为20um。 [0101] 通过扫描电子显微镜图可知，该薄膜具有穹顶结构，通过观察可以看到薄膜呈现亮丽的结构色，通过宏观角分辨仪得到了该薄膜的散射光谱图。由此可知，得到了具有穹顶结构的结构色薄膜。另外，该薄膜产生结构色的机理为在凹面的光学界面处沿着全内反射不同轨迹行进的光由于干涉作用产生颜色。 [0102] 本发明制备的醋酸丁酸纤维素薄膜具有良好的柔性和鲜亮的结构色，可以用于智能炫彩包装。 [0103] 实施例4 [0104] 1)在玻璃基底上旋转涂布正性光刻胶S1813，转速为2000rpm，温度为23℃； [0105] 2)将涂覆的光刻胶在115℃加热60s，在光刻胶上覆盖掩膜版，然后以150mj/cm2辐照量曝光，更换掩膜版多次曝光； [0106] 3)利用ZX‑238显影剂浸渍显影，温度为21℃，时间为65s，然后用去离子水清洗30s，干燥后得到穹顶结构模板； [0107] 4)将3)中得到具有穹顶结构放入真空干燥器中，在其中滴加2～3滴氟硅烷，抽真空20min后，放入80℃烘箱中加热2h，进行疏水化处理； [0108] 5)将疏水化后的穹顶结构模板放置于培养皿中，将道康宁Sylgard 184的A组分(预聚物)与B组分(固化剂)以质量比10:1混合配制聚二甲基硅氧烷(PDMS)20g，随后将其倒入培养皿中，真空中去除气泡后，放入80℃烘箱中加热2h； [0109] 6)将PDMS从穹顶结构模板上揭下来，得到了具有凹坑结构的PDMS模板； [0110] 7)取适量醋酸纤维素(CA)溶解在N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌状态下使其完全溶解，制备浓度为8wt％的CA/DMF溶液； [0111] 8)将CA/DMF溶液填充到具有凹坑结构的PDMS模板中，60℃挥发溶剂，干燥后将醋酸纤维素膜与模板剥离，得到具有穹顶结构的彩色醋酸纤维素薄膜，厚度为20um。 [0112] 通过扫描电子显微镜图可知，该薄膜具有穹顶结构，通过观察可以看到薄膜呈现亮丽的结构色，通过宏观角分辨仪得到了该薄膜的散射光谱图。由此可知，得到了具有穹顶结构的结构色薄膜。另外，该薄膜产生结构色的机理为在凹面的光学界面处沿着全内反射不同轨迹行进的光由于干涉作用产生颜色。 [0113] 本实施例制备的醋酸纤维素薄膜具有良好的柔性和鲜亮的结构色，可以用于智能炫彩包装。 [0114] 实施例5 [0116] 2)利用飞秒激光在石英表面进行单点烧蚀，形成微坑结构； [0117] 3)在23℃超声辅助下，将有微坑的样品放入5重量％氢氟酸溶液中刻蚀处理三十分钟； [0119] 5)取适量醋酸纤维素罗丹明B衍生物(CA‑RhB，乙酰基取代度为2.0，罗丹明B取代度为0.1)溶解在N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌状态下使其完全溶解，制备浓度为5wt％的CA/DMF溶液； [0120] 6)将CA‑RhB/DMF溶液填充到具有穹顶结构反结构的玻璃模板中，60℃挥发溶剂，干燥后将CA‑RhB膜与模板剥离，得到具有穹顶结构的荧光CA‑RhB薄膜，厚度为20um。 [0121] 通过扫描电子显微镜图可知，该薄膜具有穹顶结构，通过观察可以看到薄膜呈现亮丽的结构色，通过宏观角分辨仪得到了该薄膜的散射光谱图。由此可知，得到了具有穹顶结构的结构色薄膜。另外，该薄膜产生结构色的机理为在凹面的光学界面处沿着全内反射不同轨迹行进的光由于干涉作用产生颜色。 [0122] 本发明制备的荧光CA‑RhB薄膜具有良好的柔性，在紫外光下呈现红色荧光，可以用于防伪产品的制备。 [0123] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈