非對稱潤濕特性紡織基材上高穩(wěn)固光子晶體的構(gòu)筑

張星月，韓朋帥，王一萌，張耘簫，周 嵐，3，劉國金,

(1.浙江理工大學(xué) 先進紡織材料與制備技術(shù)教育部重點實驗室，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué) 浙江省纖維材料和加工技術(shù)研究重點實驗室，浙江 杭州 310018；3.浙江省綠色清潔技術(shù)及洗滌用品重點實驗室，浙江 麗水 323000)

結(jié)構(gòu)色是物體自身的特殊組織結(jié)構(gòu)與光發(fā)生干涉、衍射或散射等作用而產(chǎn)生的一種特殊視覺效應(yīng)[1-2]。近年來，通過構(gòu)筑禁帶處于可見光范圍內(nèi)的三維光子晶體來獲得結(jié)構(gòu)色效果的方式[3]，因具有制備工序簡便、制備效率高、對設(shè)備要求低、結(jié)構(gòu)色具有典型的虹彩效應(yīng)等優(yōu)勢，備受研究者們的關(guān)注。膠體微球自組裝法因具有操作簡便、制備流程短、對設(shè)備要求低等特點，被認為是構(gòu)筑三維光子晶體最有效的方法之一[4]。

利用自組裝技術(shù)將膠體微球負載于紡織基材上構(gòu)筑光子晶體是實現(xiàn)紡織品生態(tài)著色的有效途徑[5]。然而，隨著研究的深入，越來越多的研究者發(fā)現(xiàn)，構(gòu)筑的光子晶體結(jié)構(gòu)在受到折疊、水洗和摩擦等作用時，易發(fā)生坍塌、從基材表面脫落等現(xiàn)象，致使結(jié)構(gòu)色消減甚至消失。如何提高光子晶體生色結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，即提升結(jié)構(gòu)色的耐久性，已成為研究的熱點[6-8]。通過覆膜、填充等方式是提升基材上光子晶體生色結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的有效手段；但這些方法不足以同時兼顧光子晶體的結(jié)構(gòu)色效果和穩(wěn)固性，因此，尋求新的、可同時兼顧光子晶體結(jié)構(gòu)色效果和穩(wěn)固性的方法迫在眉睫。

本文采用等離子體技術(shù)對棉織物的潤濕性能進行調(diào)控以獲得具有非對稱潤濕特性的紡織基材，通過絲網(wǎng)印花法將具有自交聯(lián)特性的聚(苯乙烯-N-羥甲基丙烯酰胺)(P(St-NMA))膠體微球自組裝于上述基材上，旨在使光子晶體“扎根”于基材內(nèi)部，并利用微球的自交聯(lián)性進一步鞏固整個光子晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。本文構(gòu)建了適宜的結(jié)構(gòu)生色印花色漿體系，分析等離子體處理時間對基材潤濕性能的影響，并通過摩擦、水洗和彎折實驗測試非對稱潤濕特性紡織基材上構(gòu)筑所得光子晶體的穩(wěn)固性，以期為紡織基材上高穩(wěn)固性光子晶體生色結(jié)構(gòu)的有效構(gòu)筑提供策略支撐。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及材料

N-羥甲基丙烯酰胺(NMA，分析純，上海麥克林生化科技有限公司)；過硫酸鉀(KPS，分析純，上海麥克林生化科技有限公司)；苯乙烯(St，分析純，阿拉丁試劑(上海)有限公司)；鹽酸(HCl，分析純，上海麥克林生化科技有限公司)；氟系防水劑(TF-5025H，傳化智聯(lián)股份有限公司)；去離子水(電導(dǎo)率大于18 Ω·cm，實驗室自制)；棉織物(黑色平紋織物，面密度為234 g/cm2，市售)。

1.2 實驗方法

1.2.1 P(St-NMA)膠體微球的合成

采用無皂乳液聚合法合成用于構(gòu)筑光子晶體結(jié)構(gòu)的P(St-NMA)膠體微球[9-10]。向三口燒瓶中添加一定量的St、NMA和去離子水，后將三口燒瓶與冷凝器和機械攪拌器放到恒溫水浴鍋中進行攪拌。設(shè)定攪拌速度為360 r/min，直至溫度升至75 ℃后向反應(yīng)裝置中勻速滴加一定量的KPS溶液，之后將溫度升至80 ℃并開始計時。反應(yīng)6～8 h后，冷卻至25 ℃，即可得到P(St-NMA)膠體微球乳液。

1.2.2 結(jié)構(gòu)生色印花色漿的制備

將適量單分散P(St-NMA)膠體微球置于TG20型高速離心機(鹽城市安信實驗儀器有限公司)載物臺中，設(shè)定離心速率為8 000 r/min，30 min后取出，倒出上層清液，取下層黏稠液待用。向黏稠液中加入一定量的去離子水和鹽酸，攪拌均勻后，即得結(jié)構(gòu)生色印花色漿。

1.2.3 非對稱潤濕特性紡織基材的制備

將200 g去離子水和10 g氟系防水劑混合均勻后得到拒水整理液，然后將準備好的棉織物基材放置于整理液中浸泡，取出后使用軋車(南通宏大有限公司)進行一浸一軋?zhí)幚?控制軋余率為70%～80%)，隨后放入105 ℃烘箱中干燥，待烘干后取出放入160 ℃烘箱中繼續(xù)熱定形3 min，即可獲得兩面都具有較強疏水性的棉織物。使用HD-1B型電熨斗將所得疏水性棉織物熨燙平整，并利用低溫等離子體改性儀(中科常泰等離子體科技有限公司)對棉織物的正面(規(guī)定經(jīng)過等離子體處理的這一面為正面，另一面則為反面)進行處理，使織物一面具有親水性、另一面具有疏水性，控制等離子體處理的功率和時間，即可獲得具有非對稱潤濕特性的紡織基材。等離子體處理時設(shè)定功率為30～100 W，時間為60～300 s，真空度為30 Pa。

1.2.4 光子晶體結(jié)構(gòu)生色圖案的制備

將經(jīng)過預(yù)處理的棉織物基材置于印花網(wǎng)框下面，取適量結(jié)構(gòu)生色印花色漿傾倒于網(wǎng)框表面，使用刮刀進行涂刮，隨后將承載有色漿的棉織物基材放入60 ℃ 的DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)中進行烘燥，待烘干后取出，即可在基材上制備得到光子晶體結(jié)構(gòu)生色圖案。

1.3 測試與表征

1.3.1 P(St-NMA)膠體微球的形貌觀察

利用ULTRA55型場發(fā)射掃描電子顯微鏡和JEM-2100型透射電子顯微鏡(日本電子株式會社)觀察P(St-NMA)膠體微球的微觀形貌，工作電壓為200 kV。

1.3.2 結(jié)構(gòu)生色印花色漿的黏度測試

取一定量的結(jié)構(gòu)生色印花色漿，在25 ℃下使用MCR52型旋轉(zhuǎn)流變儀(奧地利Anton Paar公司)測試其黏度。測試時設(shè)定剪切速度為500 s-1，掃描測試20個點，取平均值。

1.3.3 紡織基材的形貌和潤濕性表征

利用ULTRA55型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察處理后紡織基材表面的微觀形貌。測試時，工作電壓為2.0 kV，探測模式為SE2。

利用Easy Drop型視頻接觸角張力儀(德國KRUSS公司)測試等離子體處理前后紡織基材的接觸角，由此來表征其潤濕性能。選取樣品的不同位置進行測試，取平均值。

1.3.4 光子晶體生色結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性測試

摩擦實驗：將絲網(wǎng)印花所得結(jié)構(gòu)色織物裁剪成6 cm×6 cm大小，隨后將50 g的砝碼平壓在棉織物基材上，從基材的一端水平拉動砝碼至另一端，使基材與砝碼之間產(chǎn)生摩擦，觀察摩擦前后光子晶體生色結(jié)構(gòu)在基材上的脫落情況，進而表征織物上光子晶體生色結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

超聲波水洗：裁取6 cm×6 cm的結(jié)構(gòu)色織物，放入25 ℃超聲清洗器中，超聲波處理10 min，取出烘干，利用HIROX KH-7700型三維視頻顯微鏡(科視達(中國)有限公司)和ULTRA55型掃描電子顯微鏡(德國Carl Zeiss公司)觀察超聲波水洗前后結(jié)構(gòu)色的消減情況和光子晶體結(jié)構(gòu)的脫落情況，判定織物上光子晶體生色結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

彎折實驗：裁取6 cm×6 cm的結(jié)構(gòu)色織物，對織物進行折疊實驗，利用DMC-FH27GK型數(shù)碼相機(松下電器(中國)有限公司)拍攝彎折前后織物表面結(jié)構(gòu)色的消減情況和光子晶體結(jié)構(gòu)的脫落情況，以判定織物上光子晶體生色結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

1.3.5 光子晶體排列情況表征

利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察光子晶體生色結(jié)構(gòu)的排列情況。測試時，工作電壓為3.0 kV，探測模式為SE2。

1.3.6 結(jié)構(gòu)色效果表征

應(yīng)用三維視頻顯微鏡觀察光子晶體結(jié)構(gòu)色在基材表面的均勻性，設(shè)定倍數(shù)為50。

利用數(shù)碼照相機在標準光源箱中拍攝光子晶體結(jié)構(gòu)生色圖案的照片。

應(yīng)用Lambda-35型紫外-可見分光光度儀(英國鉑金埃爾默公司)測試所得結(jié)構(gòu)色的反射率曲線。其中，測試波長范圍為400～700 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 P(St-NMA)膠體微球的性能分析

圖1示出P(St-NMA)膠體微球的FESEM和TEM圖像。由FESEM圖像可見，P(St-NMA)膠體微球的球形度好且粒徑均一。NMA是一種含有羥基和不飽和雙鍵的單體，具有較強的親水性，在無皂乳液聚合反應(yīng)過程中可起到類似乳化劑的作用[9]。由此可得，反應(yīng)過程中由NMA反應(yīng)形成的聚合物成為微球的殼層，而疏水性強的聚苯乙烯(PSt)則成為核心。TEM圖像顯示，制備所得P(St-NMA)膠體微球是以親水性PNMA為殼層，疏水性PSt為核心的微球[7,9]。

圖1 P(St-NMA)膠體微球的FESEM和TEM圖像Fig.1 Typical FESEM image (a) and TEM image (b) of P (St-NMA) colloidal microspheres

2.2 結(jié)構(gòu)生色印花色漿體系的構(gòu)建

2.2.1 膠體微球質(zhì)量分數(shù)的優(yōu)化

通過離心處理得到的高濃度P(St-NMA)膠體微球并不能直接用于絲網(wǎng)印花，需要加入一定量去離子水，對膠體微球質(zhì)量分數(shù)進行調(diào)節(jié)，以得到適宜質(zhì)量分數(shù)的結(jié)構(gòu)生色印花色漿。探究不同膠體微球質(zhì)量分數(shù)對棉織物上結(jié)構(gòu)色圖案印制效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同質(zhì)量分數(shù)P(St-NMA)膠體微球在棉織物表面自組裝所得光子晶體生色結(jié)構(gòu)印花圖案的數(shù)碼相機照片、三維視頻顯微鏡圖像及FESEM圖像Fig.2 Digital camera photos,3-D microscope images and FESEM images of printing patterns of photonic crystals structure prepared by self-assembly of P(St-NMA) microspheres with different concentrations on surface of cotton fabrics

從數(shù)碼照片和顯微鏡圖像中可以明顯看出，當(dāng)膠體微球質(zhì)量分數(shù)從40%增至80%時，結(jié)構(gòu)色的均勻性不斷增加，且逐漸變得明亮和鮮艷，而當(dāng)質(zhì)量分數(shù)超過90%時，結(jié)構(gòu)色則變得灰暗。觀察相應(yīng)光子晶體的FESEM圖像發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微球質(zhì)量分數(shù)為80%時，微球排列最為規(guī)整。根據(jù)已有研究，光子晶體結(jié)構(gòu)排列越規(guī)整，其結(jié)構(gòu)色效果越好?？梢?，F(xiàn)ESEM圖像與顯微鏡圖像、數(shù)碼相機照片結(jié)果有良好的吻合性。

當(dāng)膠體微球質(zhì)量分數(shù)較低時，在揭網(wǎng)過程中，由于水的表面張力較大，印花色漿容易被絲網(wǎng)帶離紡織基材，進而破壞了圖案結(jié)構(gòu)色的均勻性，同時由于外力作用導(dǎo)致微球自組裝行為受影響，故無法形成規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)；當(dāng)膠體微球質(zhì)量分數(shù)過高時，微球在色漿體系中彼此碰撞的概率較高，微球易發(fā)生團聚，致使其在自組裝過程中運動受阻，從而難以形成規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)，也就不能顯現(xiàn)出亮麗的結(jié)構(gòu)色效果。綜合來看，當(dāng)膠體微球質(zhì)量分數(shù)為80%時，可制備得到結(jié)構(gòu)色明亮且排列較為規(guī)整的光子晶體生色結(jié)構(gòu)。

2.2.2 交聯(lián)促進劑質(zhì)量分數(shù)選擇

前期研究[9-10]表明，在自交聯(lián)微球中加入交聯(lián)促進劑會進一步提升相鄰微球間的連接性，進而鞏固光子晶體生色結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。由此，為得到結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固的光子晶體，本文提出在結(jié)構(gòu)生色印花色漿中加入交聯(lián)促進劑。圖3示出含不同質(zhì)量分數(shù)交聯(lián)促進劑鹽酸的印花色漿制備所得結(jié)構(gòu)色圖案的印制效果。

圖3 含不同質(zhì)量分數(shù)鹽酸的印花色漿在棉織物表面所得光子晶體生色結(jié)構(gòu)印花圖案的數(shù)碼相機照片、三維視頻顯微鏡圖像及FESEM圖像Fig.3 Digital camera photos,3-D microscope images and FESEM images of printing patterns produced from photonic crystals on surface of cotton fabrics with printing paste containing different concentrations of hydrochloric acid

從圖3可以看出：當(dāng)鹽酸質(zhì)量分數(shù)為1%～10%時，結(jié)構(gòu)色變化較小；當(dāng)鹽酸質(zhì)量分數(shù)為20%時，結(jié)構(gòu)色效果欠佳。觀察相應(yīng)光子晶體的FESEM圖像發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鹽酸質(zhì)量分數(shù)為5%～10%時，微球整體排列規(guī)整且緊密；而當(dāng)鹽酸質(zhì)量分數(shù)超過20%時，微球的排列出現(xiàn)一定程度的雜亂。這主要是因為：添加鹽酸的量較小時，對印花色漿流動性影響較小，結(jié)構(gòu)色和微球的排列受到的影響較小，所以與未加鹽酸所得結(jié)構(gòu)色相差不大；添加鹽酸的量過多，會使微球乳液的濃度低于自組裝時的最佳濃度，致使可有效參與自組裝的微球數(shù)量不足，直接導(dǎo)致最終的光子晶體排列紊亂，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)色效果也變差。綜上分析，鹽酸所占色漿的配比應(yīng)以5%～10%為宜。

圖4示出摩擦前后結(jié)構(gòu)色印花織物的數(shù)碼照片及三維視頻顯微鏡圖像。當(dāng)印花色漿中只有P(St-NMA)微球時，印花圖案經(jīng)摩擦后，織物表面結(jié)構(gòu)色有部分消減；當(dāng)印花色漿為P(St-NMA)微球加鹽酸時，印花圖案經(jīng)摩擦后，結(jié)構(gòu)色印花圖案完整性高，光子晶體生色結(jié)構(gòu)幾乎無脫落，結(jié)構(gòu)色無明顯消減。這可能是由于鹽酸促進了微球之間的自交聯(lián)，從而增強了光子晶體生色結(jié)構(gòu)在紡織基材上的穩(wěn)固性。

圖4 結(jié)構(gòu)色印花織物經(jīng)摩擦前后的數(shù)碼照片及三維視頻顯微鏡圖像Fig.4 Digital camera photos and 3-D microscope images of structural color printed fabric before and after friction.(a) P(St-NMA) microspheres;(b) P(St-NMA) microspheres added with HCl

2.3 基材潤濕性能對光子晶體穩(wěn)固性影響

在自組裝過程中，先停留于基材上的微球會為后續(xù)微球提供“地基”，經(jīng)過一層層的疊加，最終微球不斷堆積形成規(guī)整的光子晶體層。不難想象，在保證其他條件一致的情況下，“地基”的深度將會直接影響光子晶體層的穩(wěn)固性，而織物基材的潤濕性則又是決定“地基”深度的直接要素。為此，采用等離子體技術(shù)對基材進行處理，以探究基材的潤濕性能對光子晶體穩(wěn)固性的影響。氧等離子體是一種改變紡織基材潤濕性能的常用技術(shù)方法[11]。通常情況下，氧等離子體處理的時間越長，紡織基材表面的氧化層厚度就越厚，導(dǎo)致基材表面的親水基團含量增多，親水效果變得更好。

在等離子體處理功率保持不變的情況下，分別對基材進行不同時間的處理，觀測基材的接觸角變化和光子晶體的結(jié)構(gòu)色效果，結(jié)果如圖5所示。從圖5(a)中的接觸角照片可以看出：未經(jīng)等離子體處理棉織物的接觸角為110.395°；當(dāng)?shù)入x子體處理時間不斷延長，基材的接觸角會明顯降低，在處理時間為3 min時，織物的接觸角從最初的110.395°減小到55.561°；進一步延長處理時間，在10 min時織物的接觸角僅為17.813°。從圖5(b)中的結(jié)構(gòu)色照片可以看出，未經(jīng)等離子體處理和分別用等離子體處理1、3 min的織物表面均呈現(xiàn)出較為明亮的結(jié)構(gòu)色，而等離子體處理10 min的織物則顯現(xiàn)出較為暗淡的色彩效果。這說明織物基材的潤濕性能對光子晶體結(jié)構(gòu)色效果有直接影響，潤濕性過強時會造成印花圖案質(zhì)量明顯下降。從保障光子晶體結(jié)構(gòu)色效果的角度出發(fā)，等離子體處理時間不宜過長，即織物基材不應(yīng)過于親水。

圖5 經(jīng)等離子體處理不同時間后基材的接觸角及印花圖案Fig.5 Contact angles (a)and printing patterns (b) of fabrics after plasma treatment at different time

將等離子體處理不同時間的棉織物分別作為基底，在其表面構(gòu)筑光子晶體生色結(jié)構(gòu)，基底表面所得光子晶體結(jié)構(gòu)色效果及相應(yīng)光子晶體的排列狀況如圖6所示?？梢钥闯觯寒?dāng)處理時間為0和1 min時，織物表面的光子晶體能夠均勻覆蓋織物的經(jīng)紗和緯紗，結(jié)構(gòu)色較為鮮艷；當(dāng)處理時間增加到3 min時，結(jié)構(gòu)色更加鮮艷且結(jié)構(gòu)層仍具有均勻的完整度；當(dāng)處理時間繼續(xù)增加到10 min時，由于織物的接觸角繼續(xù)減小，其潤濕性能增加，可明顯觀察到光子晶體結(jié)構(gòu)色區(qū)域逐漸變少，也就是說織物表面的光子晶體結(jié)構(gòu)層逐漸變薄，織物底色被暴露出來，最終只有少部分結(jié)構(gòu)色被呈現(xiàn)出來?；谝陨戏治?，可以認為若想織物具有較為理想的潤濕性能，同時又適宜于構(gòu)筑光子晶體生色結(jié)構(gòu)，3 min為最佳等離子體處理時間。

圖6 等離子體處理不同時間后織物上所得印花圖案的三維視頻顯微鏡圖像和FESEM圖像Fig.6 3-D microscope images and FESEM images of printing pattern photos after plasma treatment at different time

將光子晶體層從織物表面剝離，利用FESEM觀測不同等離子體處理時間下P(St-NMA)微球在織物內(nèi)部的堆積狀況，結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯觯S等離子體處理時間的增加，膠體微球附著在纖維上的數(shù)量不斷增多，且處理時間越長，纖維表面附著的微球越多。不難想象，纖維上附著越多的微球，將為后續(xù)微球的堆積提供越堅實的“地基”，最終制備得到的光子晶體也將具備良好的穩(wěn)固性。結(jié)合圖5～7的結(jié)果可以認為，當(dāng)?shù)入x子體處理時間為3 min時，先行滲透進織物內(nèi)部的膠體微球為后續(xù)的微球提供了良好的“地基”，在保證能得到良好結(jié)構(gòu)色效果的前提下可使光子晶體也具有良好的穩(wěn)固性。

圖7 等離子體處理不同時間后織物上印花圖案經(jīng)剝離后纖維上的FESEM圖像Fig.7 FESEM images of printed pattern on fabric after plasma treatment at different time after stripping

2.4 光子晶體生色結(jié)構(gòu)的評價及應(yīng)用

2.4.1 彎折牢度評價

設(shè)計彎折實驗來測試非對稱潤濕特性紡織基材上光子晶體生色結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯觯?jīng)彎折測試的結(jié)構(gòu)色印花圖案完整性高，折痕處P(St-NMA)光子晶體生色結(jié)構(gòu)無龜裂和脫落。

圖8 結(jié)構(gòu)色印花織物的彎折測試過程及彎折前后三維視頻顯微鏡圖像(微球粒徑為254 nm)Fig.8 Bending test process (a) and 3-D microscope images before and after bending (b)of structural color printed fabrics (microsphere size 254 nm)

2.4.2 水洗牢度評價

圖9示出超聲波水洗前后結(jié)構(gòu)色印花織物的照片及三維視頻顯微鏡圖像。經(jīng)超聲波水洗10 min，織物表面的結(jié)構(gòu)色印花圖案具有高完整性且P(St-NMA) 光子晶體結(jié)構(gòu)色沒有發(fā)生變化。這主要歸因于鹽酸顯著促進了光子晶體結(jié)構(gòu)的自交聯(lián)，增強了光子晶體與紡織基材間的結(jié)合牢度。

圖9 超聲波水洗前后結(jié)構(gòu)色印花織物照片及三維視頻顯微鏡圖像(微球粒徑254 nm)Fig.9 Digital camera photos and 3-D microscope images of structural color printed fabrics before (a) and after (b) ultrasonic washing(microsphere size 254 nm)

2.4.3 應(yīng) 用

圖10示出不同粒徑膠體微球印花色漿所得結(jié)構(gòu)色印花織物樣品的照片?？梢钥闯?，不同粒徑膠體微球結(jié)構(gòu)色印花色漿在棉織物上印制的圖案呈現(xiàn)鮮艷的紅色、綠色和藍色。

圖10 不同粒徑膠體微球印花色漿所得結(jié)構(gòu)色印花織物樣品照片F(xiàn)ig.10 Photos of structural color printed fabric samples obtained from printing pastes with different particle sizes

光子晶體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的機制在光學(xué)上遵循布拉格(Bragg)衍射定律和斯涅爾(Snell)衍射公式[10,12-14]：

式中：λmax為衍射波長，nm；dhkl為晶面間距，nm；m為衍射級數(shù)；navg為平均有效折光指數(shù)；θ為入射光與樣品表面法線之間的夾角，(°)。晶面間距dhkl可由微球的平均粒徑D來表示：

式中，h、k、l表示晶體結(jié)構(gòu)中的晶面指數(shù)。

由上式可知，在其他參數(shù)不變的情況下，光子禁帶紅移或藍移是由微球粒徑增大或減小而導(dǎo)致的，進而產(chǎn)生不同顏色的結(jié)構(gòu)色，因此，當(dāng)印花色漿中P(St-NMA)膠體微球粒徑從316 nm減少至209 nm后，結(jié)構(gòu)色色相由紅色轉(zhuǎn)變成藍色。結(jié)構(gòu)色印花圖案的反射率曲線(見圖11)也相應(yīng)驗證了光子帶隙的變化，驗證了當(dāng)微球粒徑減小，會產(chǎn)生藍移現(xiàn)象。

圖11 不同粒徑膠體微球所得結(jié)構(gòu)色印花織物樣品的反射率曲線Fig.11 Reflectance curves of structural color printed fabric samples obtained by colloidal microspheres with different particle sizes

3 結(jié) 論

本文采用具有自交聯(lián)特性的聚(苯乙烯-N-羥甲基丙烯酰胺)(P(St-NMA))微球為主要成分配制印花色漿，利用等離子體技術(shù)獲得具有非對稱潤濕特性的柔性紡織基材，然后利用絲網(wǎng)印花法在具有非對稱潤濕特性的紡織基材上構(gòu)筑光子晶體生色結(jié)構(gòu)，并對光子晶體的穩(wěn)固性進行評價，進一步探究了微球粒徑對結(jié)構(gòu)色色相的影響規(guī)律，主要得到如下結(jié)論。

1) 當(dāng)印花色漿P(St-NMA)微球質(zhì)量分數(shù)為80%、自交聯(lián)促進劑鹽酸質(zhì)量分數(shù)為5%～10%時，色漿印制后可得到結(jié)構(gòu)色較為鮮艷且結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固的光子晶體。

2) 利用低溫氧等離子體對已經(jīng)過拒水整理的棉織物進行處理，當(dāng)?shù)入x子體處理時間為3 min時，基材正面的接觸角為56°，反面接觸角則為110°，可獲得具有非對稱潤濕特性的紡織基材，在基材正面可構(gòu)筑得到兼顧結(jié)構(gòu)色效果和結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的光子晶體。

3) 設(shè)計摩擦、水洗和彎折實驗測試非對稱潤濕特性紡織基材上光子晶體的穩(wěn)固性，摩擦、水洗和彎折前后光子晶體未發(fā)生明顯脫落，結(jié)構(gòu)色依舊較為明亮，說明非對稱潤濕特性紡織基材上構(gòu)筑的自交聯(lián)性光子晶體具有良好的穩(wěn)固性。

4) 利用絲網(wǎng)印花法在具有非對稱潤濕特性的紡織基材上構(gòu)筑所得光子晶體的結(jié)構(gòu)色會隨印花色漿中膠體微球粒徑的減小而發(fā)生藍移現(xiàn)象，符合布拉格衍射定律。

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