本發(fā)明涉及一種制備大面積不開裂膠體光子晶體膜的方法，更具體地說涉及利用聚氨酯中氫鍵增強膠體微球間結合力，實現(xiàn)光子晶體大面積成膜而不產(chǎn)生裂紋，并進一步用于增強量子點的熒光強度的方法。

背景技術：

膠體光子晶體是一種由單分散有機或無機膠體粒子，通過自下而上法制備的新型功能材料。由于其在空間上長程有序的周期性排列，具有光子禁帶的特征，因而被廣泛應用于顯示、化學傳感及熒光增強等領域。目前，如何解決大面積成膜而不開裂的問題成為光子晶體研究的熱點。至今為止，已報道的光子晶體成膜的方法有：垂直沉積法、外場力誘導組裝法、模板組裝法等，然而這些方法存在步驟繁瑣、耗費昂貴等問題，大大限制了膠體光子晶體的實際應用。而且在成膜過程中，溶劑揮發(fā)時，膠體微球之間的毛細管力會產(chǎn)生橫向壓應力，當此橫向壓應力超過臨界值，最終形成的光子晶體膜會出現(xiàn)裂紋，裂紋的產(chǎn)生嚴重限制了膠體光子晶體膜的大面積制備。因此，如何利用簡單有效、低成本的方法解決成膜過程中的開裂問題對快速大面制備高性能光子晶體膜顯得尤為重要。

近年來，盡管led器件經(jīng)歷了充足的發(fā)展，但是，較低的光提取效率嚴重限制led光源輸出功率。因此研發(fā)高功率的led器件成為拓寬led應用領域的關鍵。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是克服光子晶體成膜步驟復雜，容易開裂，難以大面積施工等缺點，從而提供一種制備大面積不開裂膠體光子晶體膜的方法。此方法條件溫和，步驟簡單，重復性好，所制備的膠體光子晶體膜具有大面積、不開裂、光學性質優(yōu)異的特點。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是在膠體微球乳液體系中引入含有氫鍵網(wǎng)絡的聚氨酯乳液，通過微球和聚氨酯網(wǎng)絡的氫鍵作用以增強微球間結合力，從而實現(xiàn)大面積成膜而不開裂。本發(fā)明利用高光學質量的光子晶體膜極強的布拉格衍射作用，使得光子以減弱的群速度在光子晶體中傳播，達到光增益的效果，即達到熒光增強的效果。

本發(fā)明的具體技術方案為：一種制備膠體光子晶體和量子點復合膜的方法，其具體步驟如下：將水性聚氨酯分散到膠體粒子溶液中；然后以配制成的均相溶液為涂膜液，用絲棒在親水基底上刮涂出大面積膠體光子晶體膜；最后在膠體光子晶體膜的表面用旋涂儀旋涂出一層量子點。

優(yōu)選上述的涂膜液是膠體粒子和聚氨酯的混合水溶液；其中涂膜液中膠體粒子的質量濃度為25％-35％，聚氨酯的質量濃度為1％-5％。

優(yōu)選上述的膠體粒子是表面羧基改性的單分散聚苯乙烯膠體微球；表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球的粒徑范圍180nm-300nm，單分散系數(shù)為1％-5％。

優(yōu)選所刮涂出的膠體光子晶體膜的禁帶位置位于510nm-620nm。

優(yōu)選旋涂儀旋涂所用的溶液為cdte量子點和pva的混合水溶液，其中cdte量子點在混合水溶液中的質量分數(shù)為0.1％-1％，pva在混合水溶液中的質量分數(shù)為0.5％-2％。

優(yōu)選cdte量子點的發(fā)射峰在510nm-620nm之間。優(yōu)選旋涂儀的旋涂速度為1000rpm-2500rpm，時間為30s-60s。

優(yōu)選上述的親水基底為玻璃、硅片或塑料中的一種。優(yōu)選所述的親水基底的接觸角為10°-25°。

有益效果：

1、本發(fā)明制備的膠體光子晶體膜具有柔性，不易開裂的物理性能，結構色絢麗、禁帶位置可調的光學性能。

2、本發(fā)明制備的膠體光子晶體膜具有易于大面積施工，具有工業(yè)應用前景的特點。

3、本發(fā)明制備的基于膠體光子晶體的量子點膜熒光性能優(yōu)異，穩(wěn)定性好，熒光強度比普通量子點膜有顯著提高。

4、本發(fā)明制備的基于膠體光子晶體的量子點膜可以作為熒光體有效應用于發(fā)光器件中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1膠體光子晶體膜的實物圖；

圖2為本發(fā)明實施例1膠體光子晶體膜的電鏡掃面圖；

圖3為本發(fā)明實施例1膠體光子晶體膜反射光譜圖；

圖4為本發(fā)明實施例1膠體光子晶體增強量子點膜的熒光圖；

圖5為本發(fā)明實施例1量子點膜在不同基底下的熒光光譜圖，其中，曲線a為不開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點熒光光譜，b為開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點熒光光譜，c為pet塑料上成膜的量子點熒光光譜圖。

具體實施方式

以下通過具體實施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅僅限定于這些實施例。

實施例1

在粒徑為228nm，單分散系數(shù)為1％的表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球乳液中加入聚氨酯乳液，制成的混合溶液，其中聚苯乙烯微球質量分數(shù)為30％，聚氨酯質量分數(shù)為1％。超聲分散均勻，直至無氣泡。然后用絲棒在接觸角為18°的pet塑料膜表面進行刮涂，待溶劑干燥，可以獲得不開裂的光子晶體膜。

圖1為所述的光子晶體膜實物圖，尺寸為30*40cm，光子晶體膜顯示亮麗的綠色結構色，表面均勻無開裂現(xiàn)象。

將所述光子晶體膜進行電鏡掃描，結果參見圖2，結果顯示所制備的光子晶體膜由單分散膠體粒子組成，為短程有序的緊密排列。

圖3為所述的光子晶體膜的反射光譜圖，光子晶體膜的光子禁帶位于540nm，半峰寬30nm，反射強度高。

在pva水溶液中加入水相cdte(發(fā)射峰540nm)，制成混合溶液，混合溶液中，cdte質量分數(shù)為0.1％，pva的質量分數(shù)為0.5％。

在禁帶位置540nm的膠體光子晶體膜上滴加cdte/pva溶液，以1200rpm的速度旋涂30s。

待溶劑揮發(fā)，對膠體光子晶體增強的量子點膜進行固體熒光測試。

圖5為所述不開裂膠體光子晶體增強的量子點的熒光光譜圖。其中，曲線a為不開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點熒光光譜，b為開裂的膠體光子晶體膜為背景的量子點熒光光譜，c為pet塑料上成膜的量子點熒光光譜圖。可以看出不加聚氨酯的膠體光子晶體膜使cdte量子點熒光強度增加了一倍，而加入聚氨酯后不開裂膠體光子晶體膜使cdte量子點熒光強度增加了三倍。該熒光光譜圖說明，本發(fā)明制備的不開裂膠體光子晶體膜在量子點熒光增強效應中效率更高。

實施例2

在粒徑為211nm，單分散系數(shù)為3％的表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球中加入聚氨酯乳液，制成的混合溶液中，聚苯乙烯微球質量分數(shù)為35％，聚氨酯質量分數(shù)為3％。超聲分散均勻，直至無氣泡。然后用絲棒在接觸角為13°的玻璃表面進行刮涂，待溶劑干燥，可以獲得不開裂的光子晶體膜。

在濃度為1％的pva水溶液中加入水相cdte(發(fā)射峰500nm)，制成混合溶液，混合溶液中，cdte質量分數(shù)為0.5％，pva的質量分數(shù)為1％。在膠體光子晶體膜上滴加cdte/pva溶液，以1500rpm的速度旋涂45s。

所制得的光子晶體膜尺寸為35*42cm，對所得膠體光子晶體膜進行反射光譜測試，測得其禁帶位置位于500nm，對所得光子晶體/量子點復合膜進行熒光光譜測試，測得其熒光發(fā)射峰位于502nm。對比原始量子點膜發(fā)現(xiàn)，熒光強度有較大增強。結果表明，本發(fā)明制備的光子晶體膜對于量子點膜具有良好的熒光增強效應。

實施例3

在粒徑為256nm，單分散系數(shù)為5％的表面羧基改性的單分散聚苯乙烯微球中加入聚氨酯乳液，制成的混合溶液中，聚苯乙烯微球質量分數(shù)為25％，聚氨酯質量分數(shù)為5％。超聲分散均勻，直至無氣泡。然后用絲棒在接觸角為24°的硅片表面進行刮涂，待溶劑干燥，可以獲得不開裂的光子晶體膜。

在濃度為1.5％的pva水溶液中加入水相cdte(發(fā)射峰610nm)，制成混合溶液?；旌先芤褐校琧dte質量分數(shù)為1％，pva的質量分數(shù)為1.5％。在禁帶位置610nm的膠體光子晶體膜上滴加cdte/pva溶液，以2000rpm的速度旋涂60s。

所制得的光子晶體膜尺寸為32*41cm，對所得膠體光子晶體膜進行反射光譜測試，測得其禁帶位置位于606nm，對所得光子晶體/量子點復合膜進行熒光光譜測試，測得其熒光發(fā)射峰位于610nm。對比原始量子點膜發(fā)現(xiàn)，熒光強度有較大增強。結果表明，本發(fā)明制備的光子晶體膜對于量子點膜具有良好的熒光增強效應。