本發(fā)明涉及光子晶體材料，具體涉及一種膽甾型液晶聚合物薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、不同于染料、色素等化學(xué)物質(zhì)，光子晶體展現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)色是一種由材料內(nèi)部周期微結(jié)構(gòu)和入射光相互作用形成的虹彩色，具有角度依賴性和顏色穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。通過(guò)調(diào)控周期結(jié)構(gòu)可以改變其光子帶隙，從而實(shí)現(xiàn)光子晶體的顏色變化。此外，部分光子晶體在外界刺激作用下可以自發(fā)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和顏色的變化，從而實(shí)現(xiàn)響應(yīng)特性。這種特殊的光學(xué)調(diào)控和響應(yīng)特性使響應(yīng)型光子晶體被廣泛應(yīng)用于光學(xué)傳感、圖形顯示、仿生、環(huán)境檢測(cè)、臨床診斷和信息防偽等領(lǐng)域。

2、響應(yīng)型光子晶體膜的制備及圖案化是實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前報(bào)道的圖案化光子晶體的制備方法主要有模板輔助法和打印技術(shù)。其中，模板輔助法需要根據(jù)目標(biāo)圖案制備相應(yīng)的鏤空掩膜，制備圖案的精度、復(fù)雜度和可操作性受到很大的限制(cn111040225a)。打印技術(shù)則需要根據(jù)打印設(shè)備的要求配置具有特定物理性質(zhì)且符合設(shè)備特殊要求的前驅(qū)體，因而可選擇的材料體系十分受限(cn?102161284b)。

3、因此，開(kāi)發(fā)一種靈活性高、適用面廣的可編程圖案化光子晶體膜的制備方法具有重要價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種膽甾型液晶聚合物薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明第一方面提供一種膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法，該制備方法包括：通過(guò)將溶致型膽甾相液晶分子、交聯(lián)劑和溶劑混合形成前驅(qū)體溶液，再通過(guò)所述前驅(qū)體溶液揮發(fā)自組裝形成具有膽甾型液晶結(jié)構(gòu)的薄膜，即所述膽甾型液晶聚合物薄膜。

4、進(jìn)一步的，該方法包括以下步驟：將膽甾相纖維素、有機(jī)酸和溶劑進(jìn)行混合，并且攪拌均勻，得到透明混合溶液；將所述透明混合溶液倒入至可分離模具中；將倒入所述混合透明溶液的可分離模具進(jìn)行干燥處理，并在干燥后取出模具，得到所述膽甾型液晶聚合物薄膜。

5、進(jìn)一步的，所述膽甾相纖維素選自羥丙基纖維素、乙基纖維素、乙?；u丙基纖維素、乙酰氧基丙基纖維素、乙酰乙基纖維素、乙基氰乙基纖維素、氨基甲酰乙基纖維素、醋酸纖維素、纖維素納米晶中的一種或多種；所述有機(jī)酸選自丙二酸、蘋果酸、馬來(lái)酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、苯二甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、檸檬酸、異檸檬酸、烏頭酸、丙烷1,2,3三羧酸、均苯四甲酸、2,3,3’,4’-聯(lián)苯四羧酸、3,3’,4,4’-四羧基二苯醚、2,3’,3,4’-四羧基二苯醚、3,3’，4,4’-二苯甲酮四羧酸、2,3,6,7四羧基萘、1,4,5,7四羧基萘、1,4,5,6四羧基萘、3,3’，4,4’-四羧基二苯甲炕、2,2-雙(3,4-二羧基苯基)丙烷、丁烷四羧酸和環(huán)戊烷四羧酸中的一種或多種；所述溶劑選自純水、乙醇或丙酮的極性溶劑。

6、進(jìn)一步的，在所述膽甾相纖維素衍生物選自羥丙基纖維素的情況下，所述透明混合溶液中的羥丙基纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在大于0、小于70wt％的范圍內(nèi)。

7、進(jìn)一步的，在所述膽甾相纖維素衍生物選自羥丙基纖維素、所述有機(jī)酸選自檸檬酸的情況下，所述檸檬酸與羥丙基纖維素的質(zhì)量比為1:10～1:1。

8、本發(fā)明第二方面提供如上述的膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法所制得的膽甾型液晶聚合物薄膜。

9、進(jìn)一步的，所述膽甾型液晶聚合物薄膜的反射波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)域的波長(zhǎng)范圍內(nèi)；所述膽甾型液晶聚合物薄膜具有手性螺旋結(jié)構(gòu)，所述手性螺旋結(jié)構(gòu)的螺距和反射波長(zhǎng)隨著濕度增加時(shí)增大，且隨著濕度降低時(shí)減小。

10、進(jìn)一步的，所述膽甾型液晶聚合物薄膜的厚度為0.001mm～1mm。

11、本發(fā)明第三方面提供如上述的膽甾型液晶聚合物薄膜在濕度傳感、顯示、信息防偽的領(lǐng)域中的應(yīng)用。

12、進(jìn)一步的，通過(guò)激光處理將所述膽甾型液晶聚合物薄膜進(jìn)行制備為圖案化的光子晶體膜。

13、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的技術(shù)方案至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

14、本發(fā)明采用響應(yīng)性溶致型膽甾相液晶分子、交聯(lián)劑和溶劑組成的混合液作為前驅(qū)體溶液，通過(guò)溶劑揮發(fā)自組裝形成具有膽甾相結(jié)構(gòu)的液晶聚合物薄膜，通過(guò)在膜上進(jìn)行激光加工制備圖案化的光子晶體膜。該膽甾型液晶聚合物薄膜具有手性螺旋結(jié)構(gòu)，其螺距可以在濕度作用下發(fā)生可逆變化(高濕度下增大，低濕度下減小)，從而對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光進(jìn)行選擇性反射，實(shí)現(xiàn)濕度引發(fā)的顏色變化。相比于非激光作用區(qū)域，激光作用區(qū)域的液晶聚合物在熱刺激下發(fā)生局部交聯(lián)反應(yīng)，膽甾相結(jié)構(gòu)的螺距發(fā)生收縮；此外，在相同濕度條件下，激光作用區(qū)域與非激光作用區(qū)域的螺距(顏色)對(duì)濕度的響應(yīng)變化速率不同。因此，這種膽甾型液晶聚合物薄膜可以顯示出由濕度變化引起的可裸眼觀測(cè)的圖案化信息。

15、1.與現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的文獻(xiàn)和專利技術(shù)不同，本發(fā)明采用激光加工技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)響應(yīng)型光子晶體膜的無(wú)模板可編程圖案化設(shè)計(jì)和高效制備；

16、2.本發(fā)明制備的膽甾型液晶聚合物薄膜具有響應(yīng)型，可以在低濕度條件下隱藏圖案，在高濕度作用下顯現(xiàn)出可裸眼辨別的高對(duì)比度圖案信息，在傳感、顯示和信息防偽等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景；

17、3.本發(fā)明技術(shù)無(wú)需具有特殊物理性質(zhì)的墨水或漿料組分設(shè)計(jì)，可直接采用溶致型膽甾相液晶分子、交聯(lián)劑和溶劑為前驅(qū)體材料，材料和方法具有普適性。

技術(shù)特征：

1.一種膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：通過(guò)將溶致型膽甾相液晶分子、交聯(lián)劑和溶劑混合形成前驅(qū)體溶液，再通過(guò)所述前驅(qū)體溶液揮發(fā)自組裝形成具有膽甾型液晶結(jié)構(gòu)的薄膜，即所述膽甾型液晶聚合物薄膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法，其特征在于，所述膽甾相纖維素選自羥丙基纖維素、乙基纖維素、乙?；u丙基纖維素、乙酰氧基丙基纖維素、乙酰乙基纖維素、乙基氰乙基纖維素、氨基甲酰乙基纖維素、醋酸纖維素、纖維素納米晶中的一種或多種；所述有機(jī)酸選自丙二酸、蘋果酸、馬來(lái)酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、苯二甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、檸檬酸、異檸檬酸、烏頭酸、丙烷1,2,3三羧酸、均苯四甲酸、2,3,3’,4’-聯(lián)苯四羧酸、3,3’,4,4’-四羧基二苯醚、2,3’,3,4’-四羧基二苯醚、3,3’，4,4’-二苯甲酮四羧酸、2,3,6,7四羧基萘、1,4,5,7四羧基萘、1,4,5,6四羧基萘、3,3’，4,4’-四羧基二苯甲炕、2,2-雙(3,4-二羧基苯基)丙烷、丁烷四羧酸和環(huán)戊烷四羧酸中的一種或多種；所述溶劑選自純水、乙醇或丙酮的極性溶劑。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法，其特征在于，在所述膽甾相纖維素衍生物選自羥丙基纖維素的情況下，所述透明混合溶液中的羥丙基纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在大于0、小于70wt％的范圍內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法，其特征在于，在所述膽甾相纖維素衍生物選自羥丙基纖維素、所述有機(jī)酸選自檸檬酸的情況下，所述檸檬酸與羥丙基纖維素的質(zhì)量比為1:10～1:1。

6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的膽甾型液晶聚合物薄膜的制備方法所制得的膽甾型液晶聚合物薄膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膽甾型液晶聚合物薄膜，其特征在于，所述膽甾型液晶聚合物薄膜的反射波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)域的波長(zhǎng)范圍內(nèi)；所述膽甾型液晶聚合物薄膜具有手性螺旋結(jié)構(gòu)，所述手性螺旋結(jié)構(gòu)的螺距和反射波長(zhǎng)隨著濕度增加時(shí)增大，且隨著濕度降低時(shí)減小。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膽甾型液晶聚合物薄膜，其特征在于，所述膽甾型液晶聚合物薄膜的厚度為0.001mm～1mm。

9.如權(quán)利要求6所述的膽甾型液晶聚合物薄膜在濕度傳感、顯示、信息防偽的領(lǐng)域中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，通過(guò)激光處理將所述膽甾型液晶聚合物薄膜進(jìn)行制備為圖案化的光子晶體膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明采用響應(yīng)型手性液晶高分子、交聯(lián)劑和溶劑組成的混合液作為前驅(qū)體溶液，通過(guò)溶劑揮發(fā)自組裝形成具有膽甾相結(jié)構(gòu)的液晶高分子膜，通過(guò)在膜上進(jìn)行激光加工制備圖案化的光子晶體膜。該響應(yīng)型液晶高分子膜具有膽甾相螺旋結(jié)構(gòu)，其螺距可以在濕度作用下發(fā)生可逆變化，從而對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光進(jìn)行選擇性反射，實(shí)現(xiàn)濕度引發(fā)的顏色變化。相比于非激光作用區(qū)域，激光作用區(qū)域的液晶高分子在熱刺激下發(fā)生局部交聯(lián)反應(yīng)，膽甾相結(jié)構(gòu)的螺距發(fā)生收縮；此外，在相同濕度條件下，激光作用區(qū)域與非激光作用區(qū)域的螺距(顏色)響應(yīng)變化速率不同。因此，這種激光寫入圖案化的液晶高分子膜可以顯示出由濕度變化引起的可裸眼觀測(cè)的圖案化信息。

技術(shù)研發(fā)人員：黃思雅,陸世福
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10