基于薄膜干涉的SiO2-PEI、ZnO-PSS及SiO2-ZnO復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)色研究.pdf

1、目前纖維/紡織品上著色的主要途徑是通過施加有色物質(zhì)(染料或顏料)來產(chǎn)生顏色。結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生無須染料或顏料等化學(xué)著色劑的存在，具有不褪色和虹彩效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)色素色對光的選擇性吸收產(chǎn)生顏色的方式不同，結(jié)構(gòu)色是物體特定的組織結(jié)構(gòu)對光的選擇性反射、干涉等作用而產(chǎn)生的視覺效果。其中以薄膜干涉(單層薄膜干涉和多層薄膜干涉)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色最為常見。本論文基于自制的表面帶電的無機(jī)納米粒子，采用靜電自組裝技術(shù)，制備了大面積有序的、具有較均勻結(jié)構(gòu)色的干涉生

2、色薄膜。結(jié)合紡織纖維的化學(xué)組成，選擇性地研究了PET、玻璃和PP硬質(zhì)基質(zhì)的表面性質(zhì)對構(gòu)造結(jié)構(gòu)色薄膜的影響。在不同基質(zhì)表面分別構(gòu)造了SiO2/polyethyleneimine(PEI)、ZnO/poly(sodium-p-styrenesulfonate)(PSS)和SiO2/ZnO復(fù)合薄膜，優(yōu)化了薄膜的制備條件，研究了不同粒徑、不同厚度和觀察角度對薄膜結(jié)構(gòu)色的影響，分析了薄膜的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)，探討了薄膜的結(jié)構(gòu)生色機(jī)理，探明了靜電力

3、驅(qū)動的薄膜自組裝過程，并初步將SiO2/PEI薄膜應(yīng)用于紡織纖維表面實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)生色，為薄膜結(jié)構(gòu)生色技術(shù)的拓展應(yīng)用和紡織纖維的生態(tài)著色提供了一定的實(shí)踐積累和理論指導(dǎo)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果有：
　　(1)以St?ber法制備了不同粒徑的單分散SiO2溶膠粒子，采用靜電自組裝技術(shù)制備了SiO2/PEI薄膜?？疾炝藀oly(ethylene terephthalate)(PET)、玻璃和polyprolene(PP)三種不同基質(zhì)對制備的薄膜

4、結(jié)構(gòu)色的影響，發(fā)現(xiàn)負(fù)電性高、親水性好、粗糙度低的基板有利于SiO2粒子在其表面的均勻分布，其形成的薄膜結(jié)構(gòu)色較均勻。進(jìn)一步優(yōu)化了薄膜的制備條件，控制合適的提拉速率、SiO2溶膠液和PEI溶液濃度，其制備的薄膜結(jié)構(gòu)色的均勻性和重現(xiàn)性較好。
　　(2)分別在PET和玻璃基質(zhì)上制備了SiO2/PEI薄膜，其結(jié)構(gòu)色隨SiO2溶膠粒子粒徑的增大和/或組裝周期數(shù)的增加，其對應(yīng)的中心波長有紅移趨勢。同一薄膜在不同的觀察角度下發(fā)生亮度和色度的變化

5、。這些光學(xué)現(xiàn)象與單層薄膜的干涉生色現(xiàn)象相符。表面形貌分析表明，薄膜中SiO2溶膠粒子層間穿插分布，與空隙形成了光學(xué)意義上的均勻膜層。分析了自組裝過程中的靜電作用力對構(gòu)造薄膜的影響：帶相反電荷的高分子電解質(zhì)與無機(jī)納米溶膠粒子之間的靜電引力驅(qū)動薄膜的自發(fā)組裝和縱向增長，而已組裝的納米粒子對后續(xù)的納米粒子產(chǎn)生靜電斥力，這種靜電引力和斥力的共存、對抗和平衡體系驅(qū)使薄膜的自組裝錯層增長，并以此提出了靜電自組裝過程模型。
　　(3)采用溶膠-

6、凝膠兩步法合成了不同粒徑的ZnO溶膠粒子，以PET為基質(zhì)，制備了高折射率的ZnO/PSS薄膜，薄膜結(jié)構(gòu)色的亮度較高。ZnO/PSS薄膜的結(jié)構(gòu)色隨周期數(shù)和角度的變化表明，其結(jié)構(gòu)色也是由單層光學(xué)薄膜的干涉產(chǎn)生的。結(jié)構(gòu)分析表明，基質(zhì)表面的薄膜形成了較均勻的膜層結(jié)構(gòu)。
　　(4)由于SiO2/PEI和ZnO/PSS單層光學(xué)薄膜的反射率較低，在多光束干涉中只考慮前兩束光的干涉作用。兩種薄膜的折射率分別低于和高于基質(zhì)的折射率，其相長干涉的條件

7、不同。且當(dāng)薄膜的光學(xué)厚度nd=λ0/4時，反射率的極值剛好相反。在單層光學(xué)薄膜的研究基礎(chǔ)上，分別制備了不同的SiO2/ZnO多層薄膜，并研究了其結(jié)構(gòu)色。結(jié)果發(fā)現(xiàn)SiO2/ZnO雙膜層的反射峰變寬且結(jié)構(gòu)色鮮艷度降低，多層薄膜的結(jié)構(gòu)色隨著雙膜層周期數(shù)的增加既有亮度的變化，又色度的變化。此現(xiàn)象是由分界面處形成的折射率從n1漸變到n2的等效非均勻過渡膜層導(dǎo)致的。
　　(5)將靜電自組裝SiO2/PEI結(jié)構(gòu)生色薄膜技術(shù)初步應(yīng)用于柔性的滌綸織