基于多组分微球的光子晶体制备及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

光子晶体也称光子带隙(PBG)晶体，是在微观尺度上，由介电常数不同的两种介质交替排布的一种周期性结构。能够对光起到调制作用，阻止特定波长的光在其结构内传播，即存在所谓的“光子带隙”。光子晶体对光的调制作用类似于半导体结构对电子的调制。如果某一频率的光在光子晶体内各个方向都不能传播，则称之为具有“完全带隙”。当光子晶体的带隙在可见光范围内时，特定频率的可见光将不能穿过该晶体而被反射，在表面形成相干叠加，从而产生绚丽的结构色。

在由亚微米级的微球组装成的有序结构中，特征波长的光可以发生布拉格衍射从而产生亮丽的结构色彩。如PS、PMMA以及SiO2等微球均能够很好的组装形成结构色，但这些材质的硬球堆积在一起，由于微球之间缺乏有效的结合力，因此制备的结构色薄膜的机械强度不高，影响其实际应用。多组分核壳结构微球的制备为高强度结构色材料提供了有效的解决方案，即将具有一定粒径大小的PS、PMMA或SiO2等硬球作为核，在其表面包覆一层玻璃化温度较低的软单体聚合物作为壳层，制备出硬核-软壳结构的微球。

2. 研究内容和预期目标

制备无角度依存的结构生色材料，需突破布拉格定律束缚，构建一种短程有序、长程无序的无定形结构，利用光在无定形结构中发生相干散射，产生颜色。虽然近两年对无定形结构的研究取得了很大的进展与突破，但是在理论及实验中仍然存在着许多问题有待深入研究。

在微球组装过程中，通过一定的方法使壳层交联到一起，便可以得到具有较高强度的结构色膜。综上所述，本课题选用聚丙烯酸乙酯作为壳层，制备了PS-PMMA-PEA硬核-软壳结构的微球，PEA玻璃化转变温度较低，约为-24℃，易于进行热处理。在室温下柔软，能发生形变形成连续相，为结构色膜提供强度支持。实验中首先合成PS-PMMA-PEA结构的微球，之后使用该微球乳液进行涂膜，并对薄膜的光学性能、机械强度进行测试。

3. 研究的方法与步骤

（1）对交联ps微球，及其包覆了pmma后的ps-pmma微球进行加热组装，获得胶体光子晶体膜

（2）分别将两种粒径的ps-pmma-pea微球在室温下组装制备结构色膜

（3）选择在170℃条件下对微球进行加热挤压组装，获得大面积颜色明显，表观无缺陷的结构色膜。

4. 参考文献

[1]t.ruhl,g.p.hellmann,etal.polymer2003,44,7625.

[2]chrise.finlayson,ortwinhess,etal.opt.express2011,19,3144.

[3]benjaminviel,goetzp.hellmann,etal.chem.mater.2007,19,5673.

5. 计划与进度安排

1.2022年2月中旬到3月底：多组分核壳微球制备；

2.2022年4月初到4月底：基于所制备微球的光子晶体制备；

3.2022年5月初到5月底：所制备光子晶体光学及力学性能；