本發(fā)明涉及一種具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層及其制備方法，尤其涉及一種具有虹彩效應(yīng)的全色譜結(jié)構(gòu)色涂層及其制備方法，屬于涂層制備。
背景技術(shù)：
：：1、傳統(tǒng)的著色工藝，如化學(xué)染料和顏料，往往會(huì)帶來(lái)水污染及空氣污染的排放，導(dǎo)致環(huán)境污染。近年來(lái)，三維光子晶體結(jié)構(gòu)色由于其綠色環(huán)保、效果獨(dú)特的特性受到廣泛關(guān)注。光子晶體是不同介電常數(shù)的介質(zhì)按照一定的周期性排列，形成有序的類(lèi)晶體微結(jié)構(gòu)。光波進(jìn)入光子晶體內(nèi)，因布拉格衍射效應(yīng)形成光子帶隙，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)控(參見(jiàn)gao,w.；muriel,r.；huw,o.optical?properties?of?cotton?and?nylon?fabrics?coated?with?silicaphotonic?crystals.optical?materials?express,2017,7(2),341-353.doi:10.1364/ome.7.000341)。光子晶體結(jié)構(gòu)色色彩絢麗，飽和度高，隨著入射光線的角度的變化，結(jié)構(gòu)色會(huì)發(fā)生改變，即具有所謂的虹彩效應(yīng)，能夠得到仿螺鈿、孔雀羽毛的豐富效果，同時(shí)，這種角度可見(jiàn)性也可被應(yīng)用于防偽領(lǐng)域。同時(shí)，光子晶體穩(wěn)定性好，只要其結(jié)構(gòu)不被破壞，結(jié)構(gòu)色便永不褪色，防水防曬耐腐蝕。許多光子晶體結(jié)構(gòu)色涂層的制備工藝已經(jīng)在光學(xué)器件，全彩顯示器，光響應(yīng)材料等領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。2、膠體微球自組裝法是目前常見(jiàn)的制備光子晶體結(jié)構(gòu)色涂層的方法，常見(jiàn)的微球原料由二氧化硅sio2，聚苯乙烯(pst)和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等。乳液中的單分散微球在毛細(xì)力和微球間的作用力下自組裝形成光子晶體結(jié)構(gòu)。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，諸如熱輔助重力沉積法，浸漬提拉法，旋涂法等多種微球自組裝方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)，但大都存在耗時(shí)長(zhǎng)，能耗高，對(duì)基材和乳液狀態(tài)要求嚴(yán)格，得到的涂層缺陷多等問(wèn)題。在這些方法中，簡(jiǎn)單高效的噴涂法受到研究者的青睞。微球乳液在高壓氣體的作用下，在基材表面均勻分散，微球快速組裝得到結(jié)構(gòu)色涂層，具有結(jié)構(gòu)色均勻，涂層缺陷少，資源浪費(fèi)少，基材種類(lèi)和形狀的包容性高的優(yōu)點(diǎn)。然而，使用噴涂法時(shí)，乳液的霧化程度往往很高，分散劑迅速蒸發(fā)，膠體微球在基材表面迅速組裝為短程有序而長(zhǎng)程無(wú)序的非晶光子晶體結(jié)構(gòu)，其介電常數(shù)分布缺乏明顯的周期性，沒(méi)有明顯的光子帶隙，光波在進(jìn)入非晶光子晶體后，在干涉作用下發(fā)生相干散射，向各個(gè)方向均勻分散，得到的結(jié)構(gòu)色沒(méi)有虹彩效應(yīng)，明度和飽和度低，應(yīng)用場(chǎng)景受到限制。fu等(fu,g.；zhang,x.；chu,x.et?al.rapid?fabrication?of?photonic?crystalpatterns?with?iridescent?structural?colors?on?textiles?by?spray?coating.dyesand?pigments,2021,195,109747.doi:10.1016/j.dyepig.2021.109747)在噴涂前利用氟硅烷和等離子體預(yù)處理改變織物表面狀態(tài)，從而使膠體微球能夠在織物表面有序組裝，得到了具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層，但工藝繁瑣，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。3、同時(shí)，為獲得豐富的結(jié)構(gòu)色裝飾效果，研究者們致力于構(gòu)建全色譜的光子晶體結(jié)構(gòu)色涂層。常見(jiàn)的方法是根據(jù)布拉格衍射公式，利用不同粒徑的膠體微球制備具有不同光子帶隙的光子晶體涂層，得到不同的結(jié)構(gòu)色。但一種結(jié)構(gòu)色必須要一種對(duì)應(yīng)粒徑的微球，得到全色譜結(jié)構(gòu)色的工藝復(fù)雜。研究者們從化學(xué)色中，混合有限數(shù)量的原色而得到新的顏色的加色法中得到靈感，通過(guò)光波或光子帶隙的疊加以產(chǎn)生豐富的結(jié)構(gòu)色。例如，利用黑色物質(zhì)，如炭黑，墨魚(yú)汁，聚多巴胺(pda)等與微球共同組裝，通過(guò)調(diào)控黑色物質(zhì)的比例，調(diào)控結(jié)構(gòu)色涂層的明度和飽和度，獲得不同的效果。zhou等(zhou,l.；li,y.；liu,g.et?al.studyon?the?correlations?between?the?structural?colors?of?photonic?crystals?andthe?base?colors?of?textile?fabric?substrates.dyes?and?pigments,2016,133,435-444.doi:10.1016/j.dyepig.2016.06.032)通過(guò)直接改變基材的顏色，使單一結(jié)構(gòu)色的涂層顯示出不同的顏色。利用霧化沉積法，噴涂法或噴墨打印法，能夠制備薄且具有透光率的光子晶體結(jié)構(gòu)色涂層，通過(guò)堆疊具有不同光子帶隙，顯示不同結(jié)構(gòu)色的涂層，良好的透光率保證了光子帶隙的疊加，組合出新的顏色。這些探索簡(jiǎn)化了全色譜光子晶體結(jié)構(gòu)色涂層的制備工藝。然而，與化學(xué)色加色法相同，無(wú)論是由光波還是光子帶隙的疊加所得到的顏色，都是通過(guò)不同材料選擇性的獨(dú)立反射不同波長(zhǎng)的光，光的混合得到新的混合色。當(dāng)環(huán)境光，傳播媒介等發(fā)生變化時(shí)，混合色的顯示質(zhì)量不穩(wěn)定。相反，主要反射單一波長(zhǎng)光的“真色”，在真彩顯示和高分辨率顯示領(lǐng)域展示出巨大優(yōu)勢(shì)。周林等(zhou,l.；fei,j.；fang,w.etal.a?true?color?palette:binary?metastable?photonic?pigments.nanoscalehorizons,2022,7(8),890-898.doi:10.1039/d2nh00232a)使用重力沉積法，將兩種粒徑的sio2微球混合組裝構(gòu)筑結(jié)構(gòu)色涂層，通過(guò)調(diào)控微球混合比例，能夠得到不同顏色的，由單一反射峰主導(dǎo)顏色的結(jié)構(gòu)色，即“真色”，且涂層具有虹彩效應(yīng)。但使用重力沉積法構(gòu)筑的結(jié)構(gòu)色涂層表面缺陷多，顯色不均，同時(shí)重力沉積法本身存在耗時(shí)耗能，無(wú)法在曲面基材上構(gòu)筑涂層的缺陷。zhou(ball,s.stocks?and?exploitation?of?east?african?blackwooddalbergia?melanoxylon:a?flagship?species?for?tanzania's?miombo?woodlands？.oryx,2004,38(3),266-272.doi:10.1017/s0030605304000493)使用噴涂法，通過(guò)調(diào)節(jié)基材表面粗糙度和構(gòu)筑過(guò)程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素，抑制微球組裝時(shí)的結(jié)晶趨勢(shì)，使不同粒徑的pda@sio2微球混合構(gòu)筑了一種二元亞穩(wěn)態(tài)非晶光子晶體結(jié)構(gòu)，得到了高質(zhì)量的“真色”結(jié)構(gòu)色，但不具有虹彩效應(yīng)，限制了其應(yīng)用可能性。4、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)耗時(shí)長(zhǎng)、涂層缺陷多、原料用料多，同時(shí)得到的涂層沒(méi)有虹彩效應(yīng)，效果差的問(wèn)題，有必要開(kāi)發(fā)出一種既能夠保留噴涂法簡(jiǎn)單高效的優(yōu)點(diǎn)，又能制備具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層的工藝，同時(shí)，可以想見(jiàn)的，通過(guò)有限種類(lèi)的微球混合共同組裝，能夠得到全色譜的“真色”，從而簡(jiǎn)化全色譜結(jié)構(gòu)色的制備工藝，提升結(jié)構(gòu)色的顯色質(zhì)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層，本發(fā)明的第二目的是提供一種該具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，本發(fā)明的第三目的是提供一種具有虹彩效應(yīng)的全色譜結(jié)構(gòu)色涂層，本發(fā)明的第四目的是提供一種具有虹彩效應(yīng)的全色譜結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法。2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述一種具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，包括以下步驟：采用噴涂工藝將膠體微球噴涂在基材上，干燥，制得具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層。3、進(jìn)一步地，所述基材為木材、人造板、紙張、玻璃或織物。進(jìn)一步地，所述基材的顏色為褐色、棕色和/或黑色等在cie?lab顏色空間中亮度值和色度較低的顏色。4、更進(jìn)一步地，所述木材為東非黑黃檀木頭、斯圖崖豆木或黑胡桃木等深色木材。5、進(jìn)一步地，所述膠體微球?yàn)閜st膠體微球、p(st-mma-aa)膠體微球、p(st-aa)膠體微球、p(st-maa)膠體微球、p(st-ba)膠體微球、sio2膠體微球或tio2膠體微球。6、進(jìn)一步地，噴涂時(shí)，將膠體微球用水配置成膠體微球分散液，采用噴涂工藝將膠體微球分散液噴涂在基材上，噴頭與基材的距離為0.1m以內(nèi)。7、進(jìn)一步地，噴涂時(shí)間10s以上。8、進(jìn)一步地，噴涂在基材上膠體微球的量為1g/m2以上。9、進(jìn)一步地，干燥時(shí)間20s以上，干燥環(huán)境的濕度為50-70％，溫度為25-30℃。10、本發(fā)明所述制備方法得到的具有虹彩效應(yīng)結(jié)構(gòu)色的涂層。11、進(jìn)一步地，還可以將兩種不同粒徑的膠體微球混合后噴涂在基材上，制得具有虹彩效應(yīng)的全色譜結(jié)構(gòu)色涂層。12、更進(jìn)一步地，所述兩種不同粒徑膠體微球的粒徑為229-239nm、173-183nm或147-157nm，優(yōu)選234nm、178nm或152nm。13、更進(jìn)一步地，兩種不同粒徑的膠體微球混合時(shí)的質(zhì)量比為4～1:1～4。14、本發(fā)明還包括所述制備方法得到具有虹彩效應(yīng)的全色譜結(jié)構(gòu)色涂層15、本發(fā)明采用噴涂法，通過(guò)調(diào)控噴涂距離這一簡(jiǎn)單變量，調(diào)控分散液到達(dá)基材表面時(shí)的霧化程度，使分散液能夠以小液滴的狀態(tài)均勻分布在基材表面，微球能夠組裝成長(zhǎng)程有序的光子晶體，得到具有均勻的，虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色。同時(shí)，利用此優(yōu)化的噴涂工藝，使三種粒徑的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)(p(st-mma-aa))膠體微球兩兩混合，在基材表面共同組裝，通過(guò)調(diào)控兩種粒徑微球的比例，噴涂制備了能夠覆蓋全可見(jiàn)光譜的具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色涂層，且由此混合組裝法得到的涂層結(jié)構(gòu)色都是具有高顯色質(zhì)量的“真色”。16、本發(fā)明使用的東非黑黃檀是一種非洲硬木樹(shù)種，其顏色接近黑色，分布著褐色紋理，質(zhì)感好且耐久耐腐能力出色，被廣泛應(yīng)用于建筑、家居等領(lǐng)域。然而，其存量少，價(jià)格昂貴。為提高這類(lèi)珍貴木材的利用率，研究者們對(duì)其進(jìn)行有色涂飾研究，希望能夠“劣材優(yōu)用”“舊才新用”。17、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：18、(1)現(xiàn)有普遍工藝采用重力沉積法得到具有虹彩效應(yīng)的涂層，本發(fā)明采用噴涂工藝得到具有虹彩效應(yīng)的涂層，在具有豐富的顯色效果的同時(shí)，構(gòu)筑涂層所使用的膠體微球數(shù)量少，涂層缺陷少，工藝簡(jiǎn)單高效，制備成本低。19、(2)與化學(xué)色調(diào)色中，顏色混合得到的新顏色是由兩個(gè)反射峰主導(dǎo)的混合色，顯色效果不佳，本發(fā)明所得到的涂層所顯示的結(jié)構(gòu)色不是混合色，而是由單一反射峰主導(dǎo)的真色，具有良好的顯色效果。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12