粒子連接型水凝膠和一維有序鏈薄膜溫敏光子晶體的研究.pdf

1、溫敏響應(yīng)性光子晶體在外界溫度場(chǎng)刺激下，聚合物凝膠體積發(fā)生變化引起組裝單元間距的改變，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其光子晶體帶隙等光學(xué)性能的調(diào)控?；诰跱-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)基溫敏響應(yīng)性光子晶體因其良好的生物相容性和快速的響應(yīng)性，使其在傳感器，生物分離檢測(cè)，微型顯示器等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前基于PNIPAM復(fù)合水凝膠的溫敏響應(yīng)性光子晶體主要存在組分間折射指數(shù)差異小、穩(wěn)定性差、自組裝可控性差、光子晶體膜制備過(guò)程復(fù)雜耗時(shí)、機(jī)械強(qiáng)度低等缺點(diǎn)

2、。針對(duì)上述問(wèn)題，本文從PNIPAM復(fù)合水凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及光子晶體的組裝方法入手，開展了PSt@P(NIPAM-co-AA)水凝膠粒子自組裝溫敏響應(yīng)性光子晶體及Fe3O4/PNIPAM光子晶體膜的制備及性能研究，論文主要工作如下:
　　 (1)采用兩步無(wú)皂乳液聚合法制備了單分散PSt@P(NIPAM-co-AA)核殼凝膠粒子。SEM測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)粒子間形成“脖頸”連接。對(duì)粒子組裝的光子晶體溫敏響應(yīng)性研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)粒子組裝濃度較低(2

3、3 wt％)時(shí)，光子晶體在20℃～50℃帶隙發(fā)生20 nm的微弱藍(lán)移，衍射峰強(qiáng)度在體積相轉(zhuǎn)變溫度(35℃)后發(fā)生急劇減弱。隨組裝粒子濃度變大(38 wt％)，光子晶體在20℃～50℃帶隙發(fā)生了100 nm的大幅藍(lán)移，表現(xiàn)出較好的溫敏變色性能。且衍射峰強(qiáng)度呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化趨勢(shì)，且在高于體積相轉(zhuǎn)變溫度10℃后衍射峰強(qiáng)度發(fā)生急劇減弱。上述結(jié)果表明在低粒子濃度下組裝的光子晶體結(jié)構(gòu)為非密堆積結(jié)構(gòu)，而在高粒子濃度下組裝的光子晶體結(jié)構(gòu)隨溫度升高

4、發(fā)生了由密堆積結(jié)構(gòu)向非密堆積結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，且粒子間的“脖頸”連接賦予光子晶體在更高溫度下的結(jié)構(gòu)有序性。
　　 (2)以高折光指數(shù)的超順磁Fe3O4@PVP為組裝基元，PNIPAM為成膜物質(zhì)，采用催化原位聚合法制備了復(fù)合水凝膠Fe3O4@PVP/PNIPAM溫敏響應(yīng)性光子晶體自支撐膜。在PNIPAM前驅(qū)液中通過(guò)調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度和交聯(lián)劑的濃度，制備得到浸泡在水中具有不同結(jié)構(gòu)色的復(fù)合水凝膠光子晶體膜。低的組裝粒子體積分?jǐn)?shù)賦予光子晶體膜良