组装条件对涂布法制备SiO_(2)结构色涂层光谱性质影响研究

为了实现结构色涂层在纸张表面的快速制备,研究不同组装条件对SiO_(2)结构色涂层呈色效果的影响,采用快速涂布的方法,在纸张表面制备出了大面积且具有随角异色特性的结构色涂层。探讨SiO_(2)微球粒径、分散液浓度及涂布次数等因素对结构色涂层光学特性的影响,通过优化自组装条件和分析周期性结构构筑类型,阐明快速涂布法构建的SiO_(2)微球在激光打标纸上的自组装过程及结构色呈色机理。应用数码相机、3D激光共聚焦形貌测量显微镜等仪器对样品的颜色外观和微观结构进行测量,表征样品的呈色性能及表面结构。使用X-Rite MA68Ⅱ多角度分光光度仪及光纤光谱仪测量反射光谱,进而用CIEL*a*b*色度值对制备的结构色涂层的光学性能进行分析。结果表明,通过快速涂布自组装法制备所得的结构色涂层,SiO_(2)微球粒径尺度对样品色调影响显著,随着微球粒径的增加,反射光谱中心波长发生红移,且该涂层有角度依赖特性,当固定入射角度为45°时,随着探测方向与镜面反射方向夹角的增大,中心波长发生红移;微球溶液的浓度可以调控结构色涂层反射光谱曲线的半高宽及反射率峰值,进而影响样品的亮度和彩度,而对于光子带隙的位置无明显影响。微球浓度为4%时,样品表面呈现出基材本身的黑色,微球浓度为8%时,200,220和250 nm粒径的样品表面分别可以呈现彩度较低的蓝色、绿色、黄色,微球浓度增加到10%时,纸张表面的结构色涂层彩度提高,色调不变;随着涂布次数的增加,反射光谱曲线的半高宽变窄,且反射峰位发生蓝移,涂布次数达到3次时,反射峰位最接近于根据布拉格定律计算出的理论值,但涂布次数的增加也使得结构色涂层表面产生白色的不均匀现象。

基于聚苯乙烯微球的木材表面仿生结构色涂层构筑

为探索木材表面的结构色装饰技术,以苯乙烯(St)为单体,采用乳液聚合法,探讨反应时间和引发剂过硫酸铵(APS)添加量对微球的影响,合成具有良好单分散性、结构均匀的聚苯乙烯(PSt)胶体微球,并通过热辅助重力沉积,使微球在木材表面自组装,形成具有仿生结构色的光子晶体涂层。通过对乳液中和干燥状态下的PSt胶体微球进行表征分析,发现胶体微球在乳液中的水合粒子直径大于干燥状态下的粒径。通过单因素试验得出,聚合时间为10 h, APS添加量为150 mg时,所获得的PSt胶体微球的单分散性最佳。同时研究发现,当APS添加量过低时,无法达到良好的引发效果,所合成微球的单分散性不佳。通过对木材表面的结构色涂层微观结构进行分析,发现单分散性好的PSt胶体微球在木材表面自组装能形成长程有序的光子晶体结构,展现出明亮的紫色,与涂层反射光谱峰值出现位置相对应。胶体微球粒径增大时,结构色涂层反射峰向更大波长红移。胶体微球的单分散性差及组装过程中的空间位阻作用会使涂层微观结构出现点、裂纹和错位等缺陷,弱化光子晶体的禁带特征,使木材表面涂层展现出的结构色效果不佳。