《喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法及连续光子晶体图案.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法及连续光子晶体图案.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104044380A43申请公布日20140917CN104044380A21申请号201310078735122申请日20130312B41M5/00200601B41M7/00200601C09D11/3020140171申请人中国科学院化学研究所地址100190北京市海淀区中关村北一街2号72发明人刘美金王京霞宋延林74专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人李柏54发明名称喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法及连续光子晶体图案57摘要本发明涉及喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法及连续光子晶体图案。本发明的方法是将具有相同粒径、具有两种不同粒径或具有多种不同粒。
2、径的单分散胶体微球分别分散到水和乙二醇的混合液中分别制成墨水，将得到的含有相同粒径的单分散胶体微球的墨水，或者将两种或多种含有不同粒径的单分散胶体微球的墨水喷射到具有浸润性的固体基材的表面并干燥，并且通过控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间，可以制备得到连续的光子晶体线，并可得到连续光子晶体图案。所述连续光子晶体图案是由蛋白石结构的光子晶体构成的连续图案。所制备的光子晶体图案在分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器及显示器件等领域具有重要应用。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页1。
3、0申请公布号CN104044380ACN104044380A1/1页21一种喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法，其特征是室温下，将含有相同粒径的单分散胶体微球的墨水，或者将两种或多种含有不同粒径的单分散胶体微球的墨水分别装载于喷墨打印设备的不同的墨盒中，其中每一墨盒中的单分散胶体微球的粒径相同，且每一墨盒中的含有单分散胶体微球的墨水是由单分散胶体微球分散到水和乙二醇的混合液中制成，墨水中的单分散胶体微球的质量浓度均为0320，乙二醇的质量浓度均为530，余量均为水；然后采用喷墨打印的方法，将所述的墨水喷射到具有浸润性的固体基材的表面，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为2040。
4、秒；干燥，在具有浸润性的固体基材的表面得到连续光子晶体图案；所述的具有浸润性的固体基材是固体基材的表面与水的接触角为5065度的固体基材。2根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的连续光子晶体图案是由蛋白石结构的光子晶体构成的连续图案。3根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的蛋白石结构的光子晶体是以单分散胶体微球为组成单元，且由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体。4根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体所构成的光子带隙在2002600NM之间。5根据权利要求1、3或4所述的方。
5、法，其特征是所述的单分散胶体微球的粒径是801100NM；所述的单分散胶体微球是单分散聚合物胶体微球或单分散二氧化硅胶体微球。6根据权利要求5所述的方法，其特征是所述的单分散聚合物胶体微球选自单分散聚苯乙烯胶体微球、单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球和单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）聚合物胶体微球中的一种。7根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的表面与水的接触角为5065度的固体基材是将洁净的固体基材置于氧等离子中，用氧等离子处理，使固体基材的表面与水的接触角为5065度。8根据权利要求1或7所述的方法，其特征是所述的固体基材选自玻璃片、石英片、硅片、云母片、金属片或塑料片中的一种。9一种。
6、连续光子晶体图案，其特征是所述的连续光子晶体图案是由权利要求18任意一项的方法制备得到。10一种根据权利要求9所述的连续光子晶体图案的应用，其特征是所述的连续光子晶体图案用于作为制备分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件的材料使用。权利要求书CN104044380A1/5页3喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法及连续光子晶体图案技术领域0001本发明涉及喷墨打印制备连续光子晶体图案，特别涉及通过调控喷墨打印的连续喷墨的间隔时间，制备连续光子晶体图案的方法；本发明还涉及所制备的连续光子晶体图案以及连续光子晶体图案在高性能显示等领域中的应用。背景技术0002光子晶体因其特殊的。
7、光调控性能在高质量的光学器件、化学传感、高效催化、无标记检测等方面具有潜在应用。光子晶体的图案化的制备是实现其器件化应用的关键。目前光子晶体的图案化的制备主要包括光刻和模板组装两种方法，但光刻方法费时且成本高，模板组装法所得到的图案受模板限制；而喷墨打印方法可以将直写图案与乳胶粒组装有机结合在一起，为光子晶体图案的制备提供了简单的方法。到目前为止，喷墨打印光子晶体图案的工作主要涉及通过调控基材的亲疏水性实现乳胶粒的有序组装（LYCUI,YLSONG,JMATERCHEM2009,19,54995502；HYKO,JPARK,HSHINANDJMOON,CHEMMATER2004,16,4212。
8、）。本案申请人已经通过调控基材的浸润性实现了高质量的光子晶体图案的制备，通过普通的喷墨打印机实现了乳胶粒的有序组装，以及单光子带隙以及双光子带隙图案的有效制备（CN2008101155409；并且通过将响应性单体引入到含乳胶粒的墨水中，可以通过喷墨打印含一种粒径的乳胶粒的墨水，通过外场调控其乳胶粒之间的间隙，实现了多个颜色图案的制备2010105788520。但由于喷墨打印技术的按需喷射的特点，使得所制备的图案多是阵列结构，很难实现连续图案。这严重限制了所制备的光子晶体图案在光传导器件方面的应用。在以前的工作中，有人通过控制喷墨打印的墨滴的间距实现连续光子晶体线的制备。但即使在相同墨滴间距的情。
9、况下，连续墨滴的不同间隔时间也会对光子晶体图案的连续性影响很大。迄今为止，通过调控喷墨打印的喷墨墨滴的间隔时间实现连续光子晶体的制备的工作尚未见报道。本发明提出了在设定的墨滴间距的情况下，通过调控连续墨滴的间隔时间实现连续光子晶体图案的制备。发明内容0003本发明的目的之一是提供喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法，特别是通过调控喷墨打印的喷墨墨滴的间隔时间实现连续光子晶体图案的简便、低成本、易规模化的制备。0004本发明的目的之二是提供由目的一制备得到的连续光子晶体图案。0005本发明的目的之三是提供目的二的连续光子晶体图案在高质量的光学器件，波导器件，显示器件等方面的应用。0006本发明的喷。
10、墨打印制备连续光子晶体图案的方法是将具有相同粒径、具有两种不同粒径或具有多种不同粒径的单分散胶体微球分别分散到水和乙二醇的混合液中分别制成墨水，通过喷墨打印设备（如喷墨打印机）将得到的含有相同粒径的单分散胶体微球的墨说明书CN104044380A2/5页4水，或者将两种或多种含有不同粒径的单分散胶体微球的墨水喷射到具有一定浸润性的固体基材的表面并干燥，并且通过控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间，可以制备得到连续的光子晶体线，并可以得到光子带隙在紫外光、可见光或红外光区域的连续光子晶体图案，其图案是根据计算机软件设计得到。0007本发明的连续光子晶体图案的制备方法为室温下，将含有相同。
11、粒径的单分散胶体微球的墨水，或者将两种或多种含有不同粒径的单分散胶体微球的墨水分别装载于喷墨打印设备（如喷墨打印机）的不同的墨盒中，其中每一墨盒中的单分散胶体微球的粒径相同，且每一墨盒中的含有单分散胶体微球的墨水是由单分散胶体微球分散到水和乙二醇的混合液中制成，墨水中的单分散胶体微球的质量浓度均为0320（优选质量浓度为318），乙二醇的质量浓度均为530（优选质量浓度为1030），余量均为水；然后采用喷墨打印的方法，将所述的墨水喷射到具有浸润性的固体基材的表面，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为2040秒；干燥，便可以在具有浸润性的固体基材的表面得到连续光子晶体图案。000。
12、8所述的连续光子晶体图案是由蛋白石结构的光子晶体构成的连续图案。0009所述的蛋白石结构的光子晶体是以单分散胶体微球为组成单元，且由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体。0010所述的由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体所构成的光子带隙均在2002600NM之间。0011所述的单分散胶体微球的粒径是801100NM。0012所述的单分散胶体微球是已知市售的单分散聚合物胶体微球或单分散二氧化硅胶体微球。0013所述的单分散聚合物胶体微球优选选自单分散聚苯乙烯胶体微球、单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球和单分散聚（苯乙烯甲基。
13、丙烯酸甲酯丙烯酸）聚合物胶体微球中的一种。0014所述的具有浸润性的固体基材是固体基材的表面与水的接触角为5065度的固体基材。0015所述的表面与水的接触角为5065度的固体基材是将所选的洁净的固体基材置于氧等离子中，用氧等离子处理，使固体基材的表面与水的接触角为5065度。0016所述的固体基材优选选自玻璃片、石英片、硅片、云母片、金属片（如铝片或铜片等）或塑料片等中的一种。0017所述的干燥的温度优选为595，所述的干燥时的相对湿度优选为595。0018本发明的方法制备得到的连续光子晶体图案是由蛋白石结构的光子晶体构成的连续图案，其蛋白石结构的光子晶体的光子带隙在2002600NM之间。。
14、本发明的连续光子晶体图案可用于作为制备分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件等的材料使用。0019本发明制备的连续光子晶体图案中的单分散胶体微球进行了非常有序的组装，显示了很好的光学性能。重要的是，由于控制墨水喷射的连续墨滴间特定的间隔时间，使得连续墨滴不会聚并形成不规则的大墨滴，也不会形成分离的墨滴，而是聚并成连续均质的光子晶体图案。在本发明中，由于乙二醇的加入，有效延长了墨滴的蒸发时间，使得单分散胶说明书CN104044380A3/5页5体微球能够实现有序的组装。0020本发明的制备方法操作简单、制备成本低廉、适合大规模制备连续光子晶体图案，对发展光子晶体在光学器件。
15、的应用提供了重要的基础。所制备的高质量的连续光子晶体图案在分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器及显示器件等领域具有重要应用。附图说明0021图1本发明实施例5的将含有粒径分别为193NM、210NM、270NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的墨水喷墨打印到聚乙烯薄膜基材的表面，并在20干燥后，得到的连续光子晶体图案及相应的反射光谱图。具体实施方式0022实施例10023室温下，将粒径为80NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球超声分散于乙二醇和水的混合液中制成墨水，其中，墨水中的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的质量浓度为03，乙二。
16、醇的质量浓度为5，其余为水；将所得墨水装载于喷墨打印机的墨盒中，然后通过喷墨打印机，将所述的墨水喷射到氧等离子处理的铜片表面铜片置于氧等离子中进行处理，使铜片的表面与水的接触角为50，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为20秒，待所述的墨水喷射完毕后于温度为5、相对湿度为5的条件下干燥，干燥后便可在铜片的表面得到以单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球自组装形成的光子带隙位于200NM的，以单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球为组成单元，且由单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球周期性排列形成的单光子带隙的蛋白石结构的光子晶体的连续光子晶体图案。002。
17、4上述得到的连续光子晶体图案可用于作为制备分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件的材料使用。0025实施例20026室温下，将粒径为1100NM的单分散聚苯乙烯胶体微球超声分散于乙二醇和水的混合液中制成墨水，其中，墨水中的单分散聚苯乙烯胶体微球的质量浓度为18，乙二醇的质量浓度为30，其余为水；将所得墨水装载于喷墨打印机的墨盒中，然后通过喷墨打印机，将所述的墨水喷射到氧等离子处理的聚乙烯薄膜基材的表面聚乙烯薄膜基材置于氧等离子中进行处理，使聚乙烯薄膜基材的表面与水的接触角为65，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为40秒，待所述的墨水喷射完毕后于温度为9。
18、5、相对湿度为95的条件下干燥，干燥后便可在聚乙烯薄膜基材的表面得到以单分散聚苯乙烯胶体微球自组装形成的光子带隙位于2600NM的，以单分散聚苯乙烯胶体微球为组成单元，且由单分散聚苯乙烯胶体微球周期性排列形成的单光子带隙的蛋白石结构的光子晶体的连续光子晶体图案。0027上述得到的连续光子晶体图案可用于作为制备分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件的材料使用。说明书CN104044380A4/5页60028实施例30029室温下，将粒径分别为180NM、210NM的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球分别分散到水和乙二醇的混合液中分别制成墨水，两种墨水中的单分散聚甲基丙烯酸甲酯。
19、胶体微球的质量浓度均为10，乙二醇的质量浓度均为15，余量均为水；将含有粒径分别为180NM、210NM的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球的墨水分别装载于喷墨打印机的不同的墨盒中，其中每一墨盒中的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球的粒径相同；然后通过喷墨打印机，将所述的墨水喷射到氧等离子处理的云母片的表面云母片置于氧等离子中进行处理，使云母片的表面与水的接触角为55，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为35秒，待所述的墨水喷射完毕后于温度为50、相对湿度为60的条件下干燥，干燥后便可在云母片的表面得到以粒径分别为180NM、210NM的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球自组装形成的光子带。
20、隙分别位于450NM及530NM的，以粒径分别为180NM、210NM的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球为组成单元，且由粒径分别为180NM、210NM的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球周期性排列形成的双光子带隙的蛋白石结构的光子晶体的连续光子晶体图案。0030上述得到的连续光子晶体图案可用于作为制备分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件的材料使用。0031实施例40032室温下，将粒径为210NM的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球超声分散于乙二醇和水的混合液中制成墨水，其中，墨水中的单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球的质量浓度为20，乙二醇的质量浓度为15，其余为水；将所得墨水。
21、装载于喷墨打印机的墨盒中，然后通过喷墨打印机，将所述的墨水喷射到氧等离子处理的聚苯乙烯薄膜的表面聚苯乙烯薄膜置于氧等离子中进行处理，使聚苯乙烯薄膜的表面与水的接触角为60，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为20秒，待所述的墨水喷射完毕后于温度为20、相对湿度为20的条件下干燥，干燥后便可在聚苯乙烯薄膜的表面得到以单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球自组装形成的光子带隙位于530NM的，以单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球为组成单元，且由单分散聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球周期性排列形成的单光子带隙的蛋白石结构的光子晶体的连续光子晶体图案。0033上述得到的连续光子晶体图案可用于作为制备分光计。
22、、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件的材料使用。0034实施例50035室温下，将粒径分别为193NM、210NM、270NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球分别分散到水和乙二醇的混合液中分别制成墨水，三种墨水中的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的质量浓度均为10，乙二醇的质量浓度均为30，余量均为水；将含有粒径分别为193NM、210NM、270NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的墨水分别装载于喷墨打印机的不同的墨盒中，其中每一墨盒中的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的粒径相同；然后通过喷墨打印机，将所述的墨水。
23、喷射到氧等离子处理的聚乙烯薄膜基材的表面（聚乙烯薄膜基材置于氧等离子中进行处理，使聚乙烯薄膜基材的表面与水的接触角为65，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为25秒，待所述的墨水喷射完毕后于说明书CN104044380A5/5页7温度为20、相对湿度为50的条件下干燥，干燥后便可在聚乙烯薄膜的表面制备得到以粒径分别为193NM、210NM、270NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球自组装形成的光子带隙分别位于495NM，530NM及695NM的，以粒径分别为193NM、210NM、270NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球为组成单元，且由粒径分别。
24、为193NM、210NM、270NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球周期性排列形成的三光子带隙的蛋白石结构的连续光子晶体图案。如图1显示了喷墨墨滴在聚乙烯薄膜基材表面的三光子带隙的光子晶体图案（A和其相应的反射光谱图（B。0036上述得到的连续光子晶体图案可用于作为制备分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件的材料使用。0037实施例60038室温下，将粒径分别为190NM、210NM、240NM、280NM、300NM、420NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球分别分散到水和乙二醇的混合液中分别制成墨水，六种墨水中的单分散聚（苯乙烯甲基丙。
25、烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的质量浓度均为5，乙二醇的质量浓度均为20，余量均为水；将含有粒径分别为190NM、210NM、240NM、280NM、300NM、420NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的墨水分别装载于喷墨打印机的不同的墨盒中，其中每一墨盒中的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球的粒径相同；然后通过喷墨打印机，将所述的墨水喷射到氧等离子处理的石英片的表面石英片置于氧等离子中进行处理，使石英片的表面与水的接触角为60，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为30秒，待所述的墨水喷射完毕后于温度为50、相对湿度为50的条件下干燥，干燥后便可在石英片。
26、的表面制备得到以粒径分别为190NM、210NM、240NM、280NM、300NM、420NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球自组装形成的光子带隙分别位于495NM、530NM、580NM、650NM、750NM及1050NM的，以粒径分别为190NM、210NM、240NM、280NM、300NM、420NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球为组成单元，且由粒径分别为190NM、210NM、240NM、280NM、300NM、420NM的单分散聚（苯乙烯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸）胶体微球周期性排列形成的六光子带隙的蛋白石结构的连续光子晶体图案。0039上述得到的连续光子晶体图案可用于作为制备分光计、光子晶体滤波片、反射光片、可调光子晶体激光器或显示器件的材料使用。说明书CN104044380A1/1页8图1说明书附图CN104044380A。