基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法包括以下步驟：將膠體粒子分散于含有乙二醇的超純水中，配制成膠體粒子溶液；然后利用噴墨打印機將膠體粒子溶液打印在親水性基底(3)上，形成第一層膠體光子晶體(1)，待其干燥后形成圖案；再將該帶有圖案的基底處理成疏水性基底，然后進行二次打印出另一部分圖案，形成第二層膠體光子晶體(2)，兩種圖案相結(jié)合即得到具有防偽功能的膠體光子晶體防偽圖案。該防偽圖案在不同觀察角度進行觀察時圖案會根據(jù)觀察角度的不同而顯示出顏色的差異性，從而達到防偽的目的。
【專利說明】基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種基于膠體光子晶體的防偽圖案的制備方法，尤其涉及一種具有觀察角度響應(yīng)性能的膠體光子晶體防偽標記及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體是一類介電常數(shù)在空間上成周期性分布的具有光子禁帶特性的材料，特定波長的光無法通過光子晶體而被反射回去，由于膠體粒子的長程有序排列使膠體晶體產(chǎn)生了光子禁帶。光子禁帶遵循布拉格衍射公式，即πιλ = 2ndsin Θ ,其中m為衍射級數(shù)，λ為衍射波長，η為膠體晶體的平均折射率，d為膠體晶體的晶格間距，Θ為入射光角度。由此可見，改變構(gòu)成膠體晶體結(jié)構(gòu)的晶格間距大小、介質(zhì)的折射率或改變觀察的視角都將引起膠體晶體結(jié)構(gòu)色的改變，因此，光子晶體被認為是一種具有很強的調(diào)制光子的能力的材料。自1987年S.John和E.Yablonovitch分別獨立提出光子晶體的概念后，光子晶體的研究得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展，尤其在光學(xué)器件、光學(xué)傳感器等領(lǐng)域光子晶體被認為有著巨大的潛在應(yīng)用價值。
[0003]圖案化光子晶體是一種常見的光子晶體形態(tài)，常見的制備圖案化的方法有模板轉(zhuǎn)印、電化學(xué)誘導(dǎo)沉積、靜電吸附、自組裝等，這些技術(shù)都存在著步驟繁瑣、耗費昂貴等缺點。噴墨打印技術(shù)是一種操作簡便、價格低廉的非接觸印刷技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于材料、生物、化學(xué)等領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的技術(shù)，無論無機、有機材料、聚合物材料、生物材料等，只要其黏度等性質(zhì)適宜于噴墨打印。一些膠體粒子例如單分散球形Si02、PS和PMMA等納米粒子可以自組裝為具有三維有序結(jié)構(gòu)的膠體晶體，這些膠體粒子同樣可以使用噴墨打印的技術(shù)來構(gòu)建大規(guī)模圖案化的膠體晶體。2006年J.Moon課題組首次利用噴墨打印機制備了具有鮮艷顏色的膠體光子晶體的微陣列。中國科學(xué)院化學(xué)所的宋延林教授課題組在通過噴墨打印技術(shù)制備圖案化光子晶體方面有著較多的報道，他們通過調(diào)控膠體粒子的組成、性質(zhì)、溶劑以及基底的性能，結(jié)合噴墨打印技術(shù)制備出了具有不同功能的光子晶體圖案。這種圖案化的光子晶體可以在生物檢測、傳感、光學(xué)器件等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]目前現(xiàn)實生活中存在著許多的防偽技術(shù)，例如熒光油墨防偽、印章防偽、數(shù)字全息等防偽技術(shù)，這些技術(shù)雖然有著較為普遍的應(yīng)用，然而由于其技術(shù)產(chǎn)生時間較長，易被造假者破解和仿照，以及存在操作步驟復(fù)雜、成本較高等缺點，所以需要開發(fā)新型的防偽技術(shù)。利用光子晶體進行防偽是近年來的研究熱點之一，由于其獨特的結(jié)構(gòu)色不會被普通染料所仿照及其對光的優(yōu)良調(diào)控能力，因此適用于光學(xué)防偽。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]技術(shù)問題:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法，通過噴墨打印技術(shù)結(jié)合基底表面浸潤性的調(diào)控制備出了一種具有觀測角度響應(yīng)性的基于膠體光子晶體防偽圖案。
[0006]本發(fā)明提供的膠體光子晶體防偽圖案是一種基于角度偏轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致不同圖案顏色變化具有差異性的圖案。這種膠體晶體防偽圖案檢測方式簡便，不易被普通的防偽技術(shù)所仿制，具有良好的防偽效果。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法包括以下步驟:將膠體粒子分散于含有乙二醇的超純水中，配制成膠體粒子溶液；然后利用噴墨打印機將膠體粒子溶液打印在親水性基底上，形成第一層膠體光子晶體，待其干燥后形成圖案；再將該帶有圖案的基底處理成疏水性基底，然后進行二次打印出另一部分圖案，形成第二層膠體光子晶體，兩種圖案相結(jié)合即得到具有防偽功能的膠體光子晶體防偽圖案。
[0008]該膠體光子晶體防偽圖案至少具有兩種不同圖案，一種是在親水性基底形成的，另一種是在疏水性基底區(qū)域形成的，并且兩種圖案擁有同樣的顏色；膠體光子晶體防偽圖案中的膠體光子晶體由同一尺寸的同一種膠體粒子自組裝而成。
[0009]組成膠體光子晶體的膠體粒子為單分散性的實心膠體光子晶體的膠體粒子；
[0010]所述的單分散性的實心膠體光子晶體的膠體粒子為二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化鈦、鐵的氧化物、金、銀中的一種或幾種。
[0011]打印所使用的膠體粒子溶液是將膠體粒子溶于含有乙二醇的超純水中，并超聲分散制備，使其膠體粒子濃度在15?25wt% ;乙二醇的濃度在15?25vt%。
[0012]所述基底為玻璃、硅片、紙、纖維、塑料或絲綢中的一種。
[0013]所述親水性基底，其親水處理方法為:先使用等離子處理或濃硫酸-雙氧水浸泡處理中的一種將基底處理成接觸角為0°，再用碳鏈數(shù)量在3?6之間的硅烷處理成接觸角為 40° -60° ；
[0014]所述疏水性基底，其處理方法是使用碳鏈數(shù)量在8?12之間的硅烷處理成接觸角為 80。 -100。。
[0015]所述基底需要通過不同的硅烷進行處理來使其具有不同的親疏水性。
[0016]該防偽標志的檢查圖案是將防偽圖案置于不同的觀察角度下，即可以觀察到圖案顏色的變化。
[0017]本發(fā)明原理如下:本發(fā)明基于膠體光子晶體防偽圖案是通過利用噴墨打印機將實心膠體粒子分別成兩種或者更多的不同圖案，這些圖案是由被打印在具有不同浸潤性的基底區(qū)域上自組裝而成的，這些圖案具有相同的顏色。由于在親水性較好的基底上打印的點在干燥后自組裝的形貌，呈現(xiàn)為不規(guī)則的扁平性，由于其不對稱性，但觀測角度發(fā)生改變時，這些點所組成的圖案的顏色就會發(fā)生相應(yīng)的變化；而在親水性較差的基底上打印的點在干燥后自組裝的形貌，呈現(xiàn)為規(guī)則的半球性，由于其各向的對稱性，在觀測角度發(fā)生改變時，這些點所組成的圖案的顏色將不會發(fā)生相應(yīng)的變化，并保持其原有的顏色。因此我們可以通過制備這兩種圖案復(fù)合組裝成防偽圖案，當防偽圖案的觀察角度發(fā)生改變時，其中一部分圖案的顏色將會發(fā)生變化，而另一部分圖案的顏色將不會發(fā)生改變，這種顏色的差異性就會達到防偽的效果。
[0018]有益效果:本發(fā)明膠體光子晶體防偽標識具有以下優(yōu)點:
[0019](I)本發(fā)明基于噴墨打印技術(shù)制備的膠體光子晶體防偽標記可以大規(guī)模制備，因此可以節(jié)約防偽標記的制備成本。
[0020](2)本發(fā)明打印光子晶體可以使用的基底極其廣泛，紙張、玻璃、硅片、塑料等材料都可以用作打印的基底。
[0021](3)本發(fā)明使用的膠體晶體粒子為同一種粒子，原材料制備簡單、可多次使用、耗費少。
[0022](4)本發(fā)明防偽圖案檢測極為方便快捷，只需要旋轉(zhuǎn)圖案改變其觀測角度即可，可以實現(xiàn)實時的檢測，且不會對圖案本身造成任何的損失，可多次重復(fù)利用。
[0023](5)本發(fā)明充分利用膠體光子晶體的優(yōu)良光學(xué)性能，具有很高的實際應(yīng)用潛能和價值，同時也擴展了光子晶體作為防偽標記方面的應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明防偽標記的原理及制備示意圖。
[0025]其中有:第一層膠體光子晶體1、第二層膠體光子晶體2、基底3。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明具體制備方法如下:
[0027]①膠體晶體溶液的配置
[0028]將單分散的膠體粒子分散在超純水與乙二醇體積比為1:4的混合液中，調(diào)節(jié)其質(zhì)量分數(shù)為15% _25%，超聲分散；膠體納米粒子材料為二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化鈦、鐵的氧化物、金、銀中的一種或幾種；
[0029]②打印基底的處理
[0030]本發(fā)明中，打印使用的基底材料可以為硅片、玻璃、紙、塑料、纖維等中的一種。將基底進行親水處理，使其表面親水性基底。
[0031]③墨水的打印
[0032]使用第一步中配置的膠體晶體溶液作為墨水，噴墨打印形成第一種圖案。
[0033]④基底的二次處理
[0034]將第三步打印好的基底處理成疏水性基底。
[0035]⑤墨水的二次打印
[0036]使用第一步中配置的膠體晶體溶液作為墨水，在二次處理好的較疏水基底上噴墨打印成第二種圖案。這兩種圖案相組合即成所需的防偽圖案。
[0037]優(yōu)選的，所述方法中的膠體粒子濃度在15% -25%。所述步驟(2)中的親水處理方法為先使用等離子處理或濃硫酸-雙氧水浸泡處理中的一種將基底處理成0°，在用碳鏈數(shù)量在3?6之間的硅烷處理成接觸角為40° -60°。所述步驟(4)中的處理方法是使用碳鏈數(shù)量在8?12之間的硅烷處理成接觸角為80° -100°。
[0038]實施例一:膠體光子晶體防偽圖案的制備
[0039]1.膠體光子晶體溶液的配制:
[0040]將直徑為220nm的單分散實心二氧化硅膠體納米粒子加入到超純水與乙二醇體積比為4:1的混合液中，調(diào)節(jié)二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為20%，超聲分散；
[0041]2.打印基底的一次處理
[0042]選擇單面拋光硅片的光滑面作為打印基底，硅片經(jīng)過清洗干凈后使用等離子體儀處理成接觸角為0°后，將其置于直徑Idm密封玻璃皿中，加入300ul丙基三乙氧基硅烷(triethoxypropylsilane)，6(TC加熱 Ih,將其接觸角處理為 50° ;
[0043]3.墨水的打印
[0044]使用步驟I中配制好的膠體光子晶體溶液作為墨水注入墨盒中，放入到噴墨打印機中，使用噴墨打印機在步驟2中制備的基底上打印出已設(shè)計好的第一部分圖形，30°C環(huán)境下使墨水自然干燥即可制得相應(yīng)的膠體晶體圖案，此圖案具有顏色角度有偏的特性；
[0045]4.打印基底的二次處理
[0046]取下已打印第一部分圖案的硅片基底，將其置于直徑Idm密封玻璃皿中，加入300ul辛基三乙氧基娃燒(triethoxyoctylsilane)，60°C加熱Ih,將其接觸角處理為85° ;
[0047]5.墨水的二次打印
[0048]將步驟4中二次處理的硅片置于打印噴頭下，使用相同的步驟2中的墨水打印出設(shè)計好的第二部分圖形，30°C環(huán)境下使墨水自然干燥即可制得相應(yīng)的膠體晶體圖案，此圖案具有顏色角度無偏的特性。此圖案與步驟3中制備的圖案共同組合成一種顏色能在不同角度下發(fā)生差異性變化的膠體晶體復(fù)合圖案，這種膠體晶體圖案具有較好的防偽特性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟:將膠體粒子分散于含有乙二醇的超純水中，配制成膠體粒子溶液；然后利用噴墨打印機將膠體粒子溶液打印在親水性基底(3)上，形成第一層膠體光子晶體(I)，待其干燥后形成圖案；再將該帶有圖案的基底處理成疏水性基底，然后進行二次打印出另一部分圖案，形成第二層膠體光子晶體(2)，兩種圖案相結(jié)合即得到具有防偽功能的膠體光子晶體防偽圖案。
2.如權(quán)利要求1所述的基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法，其特征在于該膠體光子晶體防偽圖案至少具有兩種不同圖案，一種是在親水性基底形成的，另一種是在疏水性基底區(qū)域形成的，并且兩種圖案擁有同樣的顏色；膠體光子晶體防偽圖案中的膠體光子晶體由同一尺寸的同一種膠體粒子自組裝而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法，其特征在于組成膠體光子晶體的膠體粒子為單分散性的實心膠體光子晶體的膠體粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法，其特征在于，所述的單分散性的實心膠體光子晶體的膠體粒子為二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化鈦、鐵的氧化物、金、銀中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法，其特征在于，打印所使用的膠體粒子溶液是將膠體粒子溶于含有乙二醇的超純水中，并超聲分散制備，使其膠體粒子濃度在15?25wt% ;乙二醇的濃度在15?25vt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法，其特征在于，所述基底為玻璃、硅片、紙、纖維、塑料或絲綢中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膠體光子晶體防偽圖案的制備方法案，其特征在于，所述親水性基底，其親水處理方法為:先使用等離子處理或濃硫酸-雙氧水浸泡處理中的一種將基底處理成接觸角為0°，再用碳鏈數(shù)量在3?6之間的硅烷處理成接觸角為40。-60。； 所述疏水性基底，其處理方法是使用碳鏈數(shù)量在8?12之間的硅烷處理成接觸角為80。 -100。。
【文檔編號】B41M3/14GK104175734SQ201410396475
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】顧忠澤, 汪偉, 謝卓穎 申請人:東南大學(xué)