基于納米粒子的P(MMA-AA)-TiO2一維光子晶體結(jié)構(gòu)色研究.pdf

1、自然界中顏色由結(jié)構(gòu)色和色素色構(gòu)成，相比于色素色，結(jié)構(gòu)色具有更高的色彩飽和度、更加靚麗的顏色以及永不退色等優(yōu)點(diǎn)而受到學(xué)者的廣泛研究，而結(jié)構(gòu)色的主要來源是光子晶體。根據(jù)光子帶隙在光子晶體中的分布不同可將其分為一維、二維和三維光子晶體。一維光子晶體具有制備方法簡(jiǎn)單、成本低且結(jié)構(gòu)色靚麗等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛研究。而有機(jī)/無機(jī)一維光子晶體可具備有機(jī)物特殊的功能性以及介質(zhì)間折射率差值大等優(yōu)點(diǎn)，但存在有機(jī)物溶液在無機(jī)納米粒子中的滲透及聚合物溶劑揮發(fā)導(dǎo)致的環(huán)

2、境污染等問題。
　　本課題設(shè)計(jì)制備聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）(P(MMA-AA))微乳液作為低折射率材料，水:乙醇=1:1（體積比）分散的TiO2溶膠作為高折射率材料，采用旋涂法組裝了P(MMA-AA)/TiO2一維光子晶體。由于二者均為納米粒子形貌，可避免有機(jī)物在無機(jī)物之間的滲透現(xiàn)象，從而制得層邊界清晰、層厚度可控的一維光子晶體，且微乳液分散相為水，具有環(huán)境友好性。同時(shí)所制備的一維光子晶體具有良好的溶劑蒸氣響應(yīng)性。
　　

3、首先，采用改進(jìn)微乳液法制備了P(MMA-AA)微乳液，引入少量丙烯酸（AA）改善聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的親水性，使其與 TiO2層具有良好的相容性。探討了不同AA含量對(duì)微乳液聚合的影響。隨著AA含量的增加，微乳液的平均粒徑、PDI、熱分解溫度增大，而玻璃化溫度略微降低。在MMA:AA=10:1（質(zhì)量比）時(shí)達(dá)到最優(yōu)制備條件，得到平均粒徑37.3 nm，PDI為0.14，Zeta電位為33.1 mV的P(MMA-AA)微乳液。

4、　　其次，交替旋涂P(MMA-AA)微乳液與TiO2溶膠制備P(MMA-AA)/TiO2一維光子晶體，所制備的一維光子晶體具有明顯的層夾層結(jié)構(gòu)、層邊界清晰且層的厚度可控，同時(shí)制備過程中避免了環(huán)境污染問題。探討了布拉格堆疊數(shù)、光線入射角度、旋涂次數(shù)、溶膠濃度以及旋涂轉(zhuǎn)速對(duì)光子晶體光學(xué)性質(zhì)的影響。研究表明：隨著布拉格堆疊數(shù)的增加，一維光子晶體的反射峰強(qiáng)度增強(qiáng)、峰寬度變窄；隨著入射角度的增加，反射峰藍(lán)移，顏色變化明顯，表明一維光子晶體具有明顯

5、的角度依存性；隨著二氧化鈦的旋涂次數(shù)或者濃度的增加，即二氧化鈦層的厚度增加，反射峰紅移；隨著旋涂轉(zhuǎn)速的增大，即有機(jī)層與無機(jī)層的厚度降低，導(dǎo)致反射峰藍(lán)移，與布拉格公式基本原理相一致，由此可控制高低折射率介質(zhì)層的厚度制備具有不同結(jié)構(gòu)色的一維光子晶體。
　　再次，P(MMA-AA)/TiO2一維光子晶體具有很好的溶劑蒸氣響應(yīng)性以及重復(fù)性。將其暴露于飽和丙酮、氯仿、乙醇和乙酸乙酯的蒸氣中5s即可觀察到明顯的顏色變化，從蒸氣中取出后1 s即