阅读说明：本技术 浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法 (Preparation method of wettability-adjustable graphene photonic crystal film ) 是由 陈亮 刘慈慧 齐珊珊 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法,包括以下步骤：S1：使用单分散性纳米粒子制备蛋白石型光子晶体薄膜；S2：将含有石墨烯的聚合物前驱体溶液均匀的渗入所述蛋白石型光子晶体薄膜的孔隙中,聚合后,除去其中的蛋白石型光子晶体结构,得到有序的反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜；S3：向所述反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的表面滴加浸润液体使其完全浸润,形成液体涂层,得浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜。向该石墨烯光子晶体薄膜施加电响应,该薄膜的浸润性即可以人为调控。(The invention discloses a preparation method of a graphene photonic crystal film with adjustable wettability, which comprises the following steps: s1: preparing an opal type photonic crystal film using the monodisperse nanoparticles; s2: uniformly permeating a polymer precursor solution containing graphene into the pores of the opal type photonic crystal film, and removing the opal type photonic crystal structure after polymerization to obtain an ordered inverse opal type graphene photonic crystal film; s3: and dripping infiltration liquid on the surface of the inverse opal type graphene photonic crystal film to enable the surface to be completely infiltrated to form a liquid coating, so as to obtain the graphene photonic crystal film with adjustable infiltration. And applying an electric response to the graphene photonic crystal film, wherein the wettability of the film can be artificially regulated and controlled.)

浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及光子晶体制备技术领域，特别涉及一种浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法。

背景技术

自然界中的生命具有亿万年的进化历史，向自然学习是新材料发展永恒的主题，从生物中获得启发实现微观和宏观的统一，模拟生物体特异性功能的某一个方面，实现新材料的设计和制备，是向自然学习的新理念。例如，我们可以从自然界中的植物——猪笼草身上获取灵感，猪笼草具有连续搬运物体的能力，且其保证湿滑，让物体不会滑落的特征。这种奇特的定向搬运液体现象是因为其表面独特的微纳结构。

三维反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜是由层状有序的六边形结构构成的，它是通过复制蛋白石型石墨烯光子晶体模版而制备得到的。自然界中就存在这样的三维反蛋白石型光子晶体结构，但是，人工制备反蛋白石型石墨烯光子晶体结构的工作很少涉及到通过施加电响应来调控浸润性的层面，人为通过施加电响应来调控石墨烯光子晶体薄膜的浸润性的工作仍然是空白。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法，

技术方案：本发明提供了一种一种浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使用单分散性纳米粒子制备蛋白石型光子晶体薄膜；S2：将含有石墨烯的聚合物前驱体溶液均匀的渗入所述蛋白石型光子晶体薄膜的孔隙中，聚合后，除去其中的蛋白石型光子晶体结构，得到有序的反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜；S3：向所述反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的表面滴加浸润液体使其完全浸润，形成液体涂层，得浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜。

优选地，所述含有石墨烯的聚合物前驱体溶液的浓度为0.9~3mg/ml。

优选地，在所述S1中，通过竖直沉积法、刮膜法、旋转涂膜法、提拉法、气相沉积法或电沉积法制备所述的蛋白石型光子晶体薄膜。

优选地，在所述S1中，所述单分散性纳米粒子为以下任意一种或其组合：金属氧化物、无机盐、聚电解质、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔纳米粒子、金或银。

优选地，所述单分散性纳米粒子的直径为200 nm~400 nm，浓度为0.1g/ml~0.3 g/ml。

优选地，所述蛋白石型光子晶体薄膜的厚度为400 nm~400 µm。

优选地，所述的聚合物前躯体溶液可以是甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷及聚氨酯。

优选地，在所述S2中，所述聚合的方法为热聚合或紫外光聚合。

优选地，在所述S2中，通过酸腐蚀、碱腐蚀或热烧除的方法除去所述蛋白石型光子晶体结构。

优选地，在所述S3中，所述浸润液体为硅油、乙醇或超纯水。

有益效果：本发明是先使用单分散性纳米粒子制备三维的蛋白石型光子晶体薄膜，然后将含石墨烯的聚合物前驱体溶液均匀的渗入蛋白石型光子晶体薄膜的孔隙中，聚合后，通过牺牲模板法除去蛋白石型光子晶体结构，得到有序的反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜，选用合适的浸润液体浸润该薄膜，在其表面形成液体涂层，得浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜。

本发明制备的浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜是基于形状记忆石墨烯海绵的具有可调浸润性的新型湿滑薄膜。石墨烯光子晶体薄膜的导电性使其具有快速恢复形状记忆的特性，当形状记忆石墨烯薄膜形成时，液滴会被钉住由于电响应而反弹，导致粗糙表面的曝光。当该石墨烯光子晶体薄膜被施加电响应时，导致其中的光子晶体结构的纳米孔洞变大或者变小，薄膜表面就会变得粗糙或光滑，这样连续的液面变形，使得该石墨烯光子晶体薄膜的浸润性能够被快速、完美的操控，实现良好的机械性能。电热效应即改变水与薄膜表面之间的电荷密度和静电力，进而使薄膜具有浸润性。

附图说明

图1为本发明浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式提供了一种浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）三维的蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的制备：

选择直径300nm、浓度为0.2 g/ml的单分散性较好的二氧化硅纳米粒子作为制备蛋白石型光子晶体薄膜的材料，通过竖直沉积法制备得到厚度为400nm的蛋白石型光子晶体薄膜。

（2）反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的制备：

将浓度为0.9 g/ml的含石墨烯的聚二甲基硅氧烷(PDMS)前躯体溶液均匀的渗入蛋白石型光子晶体薄膜的孔隙中，热引发聚合后，通过牺牲模板法除去蛋白石型光子晶体结构，得到有序的反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜。

（3）浸润性可调的电响应石墨烯光子晶体薄膜的制备：

向反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜表面滴加氟化硅油(FC-70)液体，使薄膜完全浸润，形成液体涂层，得到浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜。如图1。

实施方式2：

本实施方式提了一种浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）三维的蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的制备：

选择直径260nm、浓度为0.3 g/ml的单分散性较好的聚苯乙烯纳米粒子作为制备蛋白石型光子晶体薄膜的材料，通过竖直沉积法制备得到厚度为100μm的蛋白石型光子晶体薄膜。

（2）反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的制备：

将浓度为2g/ml的含石墨烯的聚二甲基硅氧烷(PDMS)前躯体溶液均匀的渗入蛋白石型光子晶体薄膜的孔隙中，热引发聚合后，通过牺牲模板法除去蛋白石型光子晶体结构，得到有序的反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜。

（3）浸润性可调的电响应石墨烯光子晶体薄膜的制备：

向反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜表面滴加氟化硅油(FC-70)液体，使薄膜完全浸润，形成液体涂层，得到浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜。

实施方式3：

本实施方式提了一种浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）三维的蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的制备：

选择直径250nm、浓度为0.1g/ml的单分散性较好的石墨烯纳米粒子作为制备蛋白石型光子晶体薄膜的材料，通过竖直沉积法制备得到厚度为100μm的蛋白石型光子晶体薄膜。

（2）反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜的制备：

将浓度为3 g/ml的含石墨烯的甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)前躯体溶液均匀的渗入蛋白石型光子晶体薄膜的孔隙中，热引发聚合后，通过牺牲模板法除去蛋白石型光子晶体结构，得到有序的反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜。

（3）浸润性可调的电响应石墨烯光子晶体薄膜的制备：

向反蛋白石型石墨烯光子晶体薄膜表面滴加氟化硅油(FC-43)液体，使薄膜完全浸润，形成液体涂层，得到浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜。

在氟硅油浸润条件下分别对上述实施方式1至3中获得的浸润性可调的石墨烯光子晶体薄膜施加电响应，并对施加电响应后的薄膜的浸润性能和机械性能进行测试。

施加了电响应的石墨烯光子晶体薄膜的浸润性能可以被外加电场予以调节，施加6v电压，6秒以后，薄膜表面可以从超润滑状态转变为液滴位置锁死状态。机械性能也可以通过外加电场加以调节。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。