基于ZrO2反蛋白石光子晶体构建的纺织品仿生结构生色研究

论文摘要

光子晶体即光子禁带材料,是产生结构色的重要途径。与蛋白石光子晶体相比,反蛋白石光子晶体存在诸多优势:材质的种类和性状选取性更广,材料间折光指数差异的调整范围更大,可形成完全光子带隙等。但是,在制备反蛋白石光子晶体的过程中,不仅模板制备耗时长、效率低,而且通常需要采用高温煅烧、溶解或溶剂腐蚀的方法去除蛋白石模板,严重制约了其在纺织领域的应用。基于此,本论文以纳米微球为基本结构基元,通过双界面联合自组装法/紫外辐照法在纺织基材上构建/去除蛋白石结构光子晶体模板,并应用浸渍填充法和数码喷印填充法,在纺织基材上成功构建了ZrO2反蛋白石结构生色光子晶体,为纺织基材上反蛋白石光子晶体结构的构建及其结构生色性能的调控和应用提供了新思路和新方法。本论文的研究工作主要包括以下四个方面:（1）采用双界面联合自组装法在纺织基材上构建蛋白石结构光子晶体模板,研究纳米微球在纺织基材上的自组装过程及机理,优化自组装条件;（2）通过研究热、pH值和紫外辐照对各种蛋白石模板的影响,建立适用于纺织基材去除蛋白石模板的有效方法,阐明其去除机理;（3）采用浸渍填充联合紫外辐照法在纺织基材上构建ZrO2反蛋白石结构生色光子晶体,优化浸渍填充工艺和紫外辐照条件,研究反蛋白石光子晶体的光学性能及其结构色调控规律;（4）采用数码喷印填充联合紫外辐照技术在纺织基材上构建ZrO2反蛋白石结构生色光子晶体,研究墨水体系的调控及喷印填充方式对结构色效果的影响,探讨反蛋白石结构的构建机理及其调控机制。研究结果表明:（1）应用双界面联合自组装法可以在涤纶织物上获得结构规整、三维面心立方堆积（FCC）的蛋白石光子晶体模板。该自组装过程可被认为是空气和胶体分散液之间的气/液界面自组装以及胶体分散液和纤维基材之间的固/液界面自组装的组合,其主要驱动力分别为毛细管力和重力作用;（2）热处理和pH值调控难以有效去除纺织基材上的PSt、P（St-MAA）、PMMA和SiO2蛋白石模板。控制一定的紫外辐照条件,纺织基材上的PMMA蛋白石模板可被完全去除,归因于PMMA大分子在紫外光作用下的光化学反应;（3）以PMMA和ZrO2分别作为模板材料和填充材料,采用浸渍填充和数码喷印填充联合紫外辐照法,均可在纺织基材上构建FCC多孔连通的ZrO2反蛋白石结构光子晶体,呈现鲜艳多彩的结构色,虹彩效应显著。通过改变模板的粒径尺寸可实现反蛋白石结构色的调控;（4）与浸渍填充法相比,数码喷印填充法快捷高效,可以实现按需喷印。在数码喷印填充法中,一步喷印较两步喷印工艺更为简便。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 光子晶体及其生色机理

1.2.1 光子晶体简介

1.2.2 光子晶体结构生色机理

1.3 仿生光子晶体制备技术的研究现状

1.3.1 蛋白石光子晶体的制备技术

1.3.1.1 重力沉积法

1.3.1.2 垂直组装法

1.3.1.3 喷印自组装法

1.3.2 反蛋白石光子晶体的制备技术

1.3.2.1 三步法

1.3.2.2 两步法

1.4 反蛋白石光子晶体的应用研究进展

1.4.1 智能响应方面

1.4.2 光催化方面

1.4.3 红外隐身方面

1.4.4 纺织品结构生色方面

1.5 本论文的创新与特色

1.6 本论文的研究目标和主要研究内容

1.6.1 研究目标

1.6.2 主要研究内容

参考文献

第二章纺织基材上双界面联合自组装构建蛋白石模板研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料及试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 实验方法

2.2.4 测试与表征

2.2.4.1 胶体微球表观粒径分布及分散系数的测定

2.2.4.2 蛋白石模板的结构表征

2.2.4.3 蛋白石模板结构色的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 涤纶织物上双界面联合自组装条件研究

2.3.1.1 自组装液纳米微球浓度的影响

2.3.1.2 自组装温度的影响

2.3.1.3 微球粒径的影响

2.3.2 涤纶织物上蛋白石模板的堆积结构研究

2.3.3 涤纶织物上双界面联合自组装过程及机理研究

2.3.3.1 双界面联合自组装过程研究

2.3.3.2 双界面联合自组装机理研究

2.3.4 涤纶织物上蛋白石模板的光子禁带研究

2.4 本章小结

参考文献

第三章纺织基材上蛋白石光子晶体模板的去除及其机理研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料及试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 实验方法

3.2.3.1 胶体微球的合成

3.2.3.2 涤纶织物的预处理

3.2.3.3 双界面联合自组装

3.2.3.4 蛋白石模板的去除方法

3.2.4 测试与表征

3.2.4.1 胶体微球的性能表征

3.2.4.2 蛋白石模板的结构表征

3.2.4.3 蛋白石模板的结构色表征

3.2.4.4 红外光谱（FTIR）分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 不同蛋白石光子晶体模板的表面形貌研究

3.3.2 高温对蛋白石光子晶体模板的影响

3.3.3 pH值对不同蛋白石光子晶体模板的影响

3.3.4 紫外辐照对不同蛋白石光子晶体模板的影响

3.3.4.1 紫外光源的影响

3.3.4.2 紫外辐照时间的影响

3.3.5 紫外辐照对纺织基材的影响

3.3.6 蛋白石模板材料的选定及其去除方法的建立

3.4 本章小结

参考文献

2反蛋白石结构生色光子晶体'>第四章纺织基材上浸渍填充联合紫外辐照构建ZrO₂反蛋白石结构生色光子晶体

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料及试剂

4.2.2 实验仪器

4.2.3 实验方法

4.2.3.1 PMMA胶体微球的合成

4.2.3.2 双界面联合自组装构建PMMA蛋白石模板

4.2.3.3 PMMA模板的浸渍填充

2反蛋白石光子晶体的制备'> 4.2.3.4 ZrO₂反蛋白石光子晶体的制备

4.2.4 测试与表征

4.2.4.1 胶体微球表观粒径分布及分散系数的测定

4.2.4.2 光子晶体结构表征

4.2.4.3 光子晶体结构色表征

4.3 结果与讨论

2在PMMA蛋白石模板中的填充研究'> 4.3.1 ZrO₂在PMMA蛋白石模板中的填充研究

2纳米微球浓度对填充效果的影响'> 4.3.1.1 ZrO₂纳米微球浓度对填充效果的影响

4.3.1.2 填充温度对填充效果的影响

4.3.1.3 填充次数对填充效果的影响

4.3.1.4 填充时间对填充效果的影响

2反蛋白石结构生色光子晶体研究'> 4.3.2 紫外辐照构建ZrO₂反蛋白石结构生色光子晶体研究

4.3.2.1 紫外辐照时间的影响

4.3.2.2 紫外辐照距离的影响

2反蛋白石光子晶体的结构与性能研究'> 4.3.3 ZrO₂反蛋白石光子晶体的结构与性能研究

4.3.3.1 反蛋白石光子晶体的结构

4.3.3.2 反蛋白石光子晶体的结构色

4.3.3.3 反蛋白石光子晶体的光子带隙研究

4.3.3.4 反蛋白石光子晶体的虹彩效应

4.3.3.5 反蛋白石光子晶体与模板比较

4.4 本章小结

参考文献

2反蛋白石结构生色光子晶体'>第五章纺织基材上数码喷印填充联合紫外辐照构建ZrO₂反蛋白石结构生色光子晶体

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验材料及试剂

5.2.2 实验仪器

5.2.3 实验方法

5.2.3.1 PMMA胶体微球的合成

5.2.3.2 涤纶织物的预处理

5.2.3.3 PMMA微球喷印墨水的配置

2反蛋白石结构生色光子晶体'> 5.2.3.4 喷印填充联合紫外辐照法制备ZrO₂反蛋白石结构生色光子晶体

5.2.4 测试与表征

5.2.4.1 PMMA微球墨水性能的表征

5.2.4.2 光子晶体结构表征

5.2.4.3 光子晶体结构色的表征

5.3 结果与讨论

2反蛋白石结构生色光子晶体'> 5.3.1 两步喷印填充联合紫外辐照构建ZrO₂反蛋白石结构生色光子晶体

5.3.1.1 PMMA纳米微球浓度的影响

5.3.1.2 墨水pH值的调控

5.3.1.3 墨水表面张力的调控

5.3.1.4 墨水粘度的调控

5.3.1.5 反蛋白石光子晶体的结构

5.3.1.6 反蛋白石光子晶体的结构色

5.3.1.7 反蛋白石结构生色光子晶体的虹彩效应

2反蛋白石结构生色光子晶体'> 5.3.2 一步喷印填充联合紫外辐照构建ZrO₂反蛋白石结构生色光子晶体

2体积比的影响'> 5.3.2.1 纳米微球PMMA与ZrO₂体积比的影响

5.3.2.2 组装温度的影响

5.3.2.3 自组装和辐照方式的影响

5.3.2.4 辐照时间的影响

5.3.2.5 一步喷印填充法的机理研究

5.3.3 两步喷印填充法与一步喷印填充法的比较

5.4 本章小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

已取得的研究成果

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 柴丽琴

导师: 邵建中

关键词: 反蛋白石光子晶体,结构色,纺织品,紫外辐照,数码喷印

来源: 浙江理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学,轻工业手工业

单位: 浙江理工大学

分类号: O734;TS194

总页数: 140

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