Page 97 - 《精细化工》2022年第9期

第 9 期 杨 柳，等: 透明光子晶体薄膜的力致变色调控及防伪应用 ·1815·

1.2.3 光子晶体薄膜的图案化设计 由图 1a 可以看出，SiO 2 胶体粒子呈球形，且单
光子晶体薄膜的图案化设计流程如下所示。 分散性好。通过粒径统计可知，SiO 2 胶体粒子的平

均粒径为 213 nm，且粒径分布较窄（图 1b）。
将 SiO 2 分散液涂布在亲水改性的 PDMS 薄膜
上，通过加热自组装可得到 SiO 2 三维蛋白石光子晶
体层。图 2a 为组装在 PDMS 基底上的 SiO 2 三维蛋
白石光子晶体层表面的 SEM 图。由图 2a 可知，SiO 2
胶体粒子已组装形成有序的胶体晶体阵列。将混合
将带有图案的掩膜置于第一层 PDMS 膜上，滴
均匀的 PDMS 前驱体溶液渗入胶体阵列的间隙，在
加 SiO 2 分散液至图案部分，采用加热自组装法在图
加热条件下将 PDMS 固化，可得到具有三明治结构
案区域形成 SiO 2 三维蛋白石光子晶体层。去除掩膜
的 PDMS/SiO 2 /PDMS 光子晶体薄膜，其截面 SEM
后加入 0.5 mL PDMS 前驱体溶液，置于 70 ℃加热平
图如图 2b 所示。
台固化 2 h，得到具有隐藏图案的透明光子晶体薄膜。

1.3 结构表征与性能测试
SEM 测试：在样品表面喷金后，在工作电压 3 kV
下进行测试。反射光谱测试：结合拉力试验机，设
定 10 mm/min 的测试速度，使用光纤光谱仪对光子
晶体薄膜进行光学性能测试。光学照片：利用数码
相机拍摄光子晶体薄膜的光学照片。光学显微照片：
用光学显微镜观察光子晶体薄膜在拉伸前后的微观
结构变化。

2 结果与讨论

2.1 透明光子晶体薄膜的制备及结构分析
图 1a 和 b 分别为采用溶胶种子法合成的 SiO 2
胶体粒子的 SEM 图和粒径分布图。

图 2 组装在 PDMS 基底上的 SiO 2 三维蛋白石光子晶体层
的 SEM 图（a）；PDMS/SiO 2 /PDMS 薄膜的截面 SEM
图（b）；组装在 PDMS 基底上的 SiO 2 三维蛋白石光
子晶体层的数码照片及反射光谱图（c）；PDMS/SiO 2 /
PDMS 光子晶体薄膜的数码照片及反射光谱图（d）
Fig. 2 SEM image of SiO 2 colloidal arrays self-assembled
on PDMS substrate (a); SEM image of cross-section
of PDMS/SiO 2 /PDMS film (b); Digital photograph and

reflectance spectrum of SiO 2 colloidal arrays self-
图 1 SiO 2 胶体粒子的 SEM 图（a）及粒径分布图（b） assembled on PDMS substrate (c); Digital photograph
Fig. 1 SEM image (a) and particle size distribution (b) of and reflectance spectrum of PDMS/SiO 2 /PDMS photonic
SiO 2 colloid particles crystal film (d)