粒徑尺度與自組裝結構及其生色效果的相關性研究.pdf

1、結構色通常具有高亮度、高飽和度、永不退色、虹彩效應（顏色隨觀察角度的變化而變化的現(xiàn)象）等特點，巧妙合理地將其應用到紡織品上可極大地提高紡織品的附加值。本課題組前期利用靜電自組裝法在多種織物上構建了聚合物/無機納米粒子結構生色薄膜，并對其光學特性和生色機理進行了初步探索，但對于納米粒子的粒徑尺度對自組裝結構的影響、結構色與相應微觀結構之間的關系、經(jīng)典薄膜干涉生色機理在靜電自組裝薄膜結構生色理論方面的應用局限性等尚未深入研究。本文在課題組前

2、期研究工作基礎之上，通過對不同粒徑下薄膜微觀結構的精細描述和光學特性分析，研究組裝粒子的粒徑與薄膜微觀結構及結構色之間的相關性，并對靜電自組裝薄膜的生色機理進行一定的補充。為課題組后續(xù)結構色的研究工作提供進一步的理論依據(jù)，促進仿生結構生色紡織品的開發(fā)與應用。
　　本論文主要開展了以下三方面的研究工作:1.粒徑尺度對薄膜結構的影響:應用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察不同粒徑的納米粒子在基板上的分布及其在組裝過程中的組裝行為，并應用原子力顯

3、微鏡及橢偏儀研究不同粒徑粒子組裝所得薄膜的表面形貌及內部結構之間的差異，研究粒徑尺度對自組裝薄膜結構的影響;2.粒徑尺度對薄膜結構生色效果的影響:應用數(shù)碼相機、多角度分光光度儀、紫外可見分光光度計等儀器分析表征不同粒徑粒自組裝所得薄膜的生色效果，以薄膜結構色的均勻性、豐富度、明亮度、虹彩效應等為評價指標，研究粒子粒徑對薄膜結構生色效果的影響;3.靜電自組裝薄膜生色理論的補充:通過對不同粒徑SiO2所構建薄膜結構的精確描述和光學特性分析，

4、明晰粒徑對于光與靜電自組裝薄膜之間的復雜作用關系，建立相關理論模型，限定課題組前期所提出的靜電自組裝薄膜生色機理的適用范圍，并做一定的理論補充，以進一步完善靜電自組裝薄膜結構的生色理論。
　　上述三方面的研究結果表明:1.小粒徑的粒子彼此間空隙小，組裝過程中，粒子的填充及疊加行為自始至終都存在，組裝較少周期后，薄膜即可形成多層結構并縱向增長;相對而言，大粒徑的粒子帶電量大，彼此之間需保持較大距離以保持體系的平衡，組裝過程中粒子優(yōu)先

5、填充至粒子間空隙處，直至該層粒子接近飽和，此過程中粒子的疊加行為從無到有，最終得到的薄膜為一種有機/無機復合材料與空氣孔隙形成的多孔結構薄膜;組裝所用粒子的粒徑越大，最終所得薄膜的表面起伏就越明顯，尖峰多且雜，同時薄膜的內部結構中空氣占比就越大，薄膜就越疏松;2.隨著粒子粒徑的增大，薄膜開始出現(xiàn)顏色所需的組裝周期數(shù)減小，隨后薄膜顏色隨組裝周期數(shù)的繼續(xù)增加而出現(xiàn)紅移現(xiàn)象;粒子粒徑過大或過小都會導致薄膜顏色的不均勻性增加，顏色黯淡，顏色變化

6、種類減少，虹彩效應削弱等現(xiàn)象;粒徑適中的粒子在隨組裝周期數(shù)不斷增加的過程中會出現(xiàn)顏色的循環(huán)現(xiàn)象;3.本研究得到的SiO2/PEI薄膜在整體上符合薄膜干涉生色理論，但薄膜結構在某些局部和微區(qū)是無序的，光的散射作用始終存在，且隨粒子粒徑的增大，薄膜表面的起伏度增加，光的散射作用增加;當粒子的粒徑較小時，粒子之間會出現(xiàn)一定程度的團聚現(xiàn)象，光與小粒子之間還會發(fā)生一定的衍射作用;上述散射和衍射作用都會在不同程度上削弱薄膜干涉作用，造成薄膜顏色黯淡