磁-溫響應(yīng)性Fe3O4@PNIPAM柔性光子納米鏈的構(gòu)筑與性能研究.pdf

1、基于長(zhǎng)程排斥力和磁相互吸引力間的平衡構(gòu)筑的一維磁響應(yīng)性光子晶體具有外場(chǎng)施加方便、響應(yīng)速度快、光子帶隙連續(xù)可調(diào)、全可見(jiàn)光譜可逆變色等特性，有望應(yīng)用在磁控顯示、可擦寫(xiě)光子紙/墨水等領(lǐng)域。但其一維鏈狀光子結(jié)構(gòu)不能被固定，隨著磁場(chǎng)的撤去而消失。光子納米鏈?zhǔn)悄軌颡?dú)立穩(wěn)定存在的最小光子晶體結(jié)構(gòu)單元，表現(xiàn)出更高的磁敏感性和對(duì)光的調(diào)制分辨率，在節(jié)能顯示和布拉格反射器等方面有著潛在的應(yīng)用前景。然而，已有的光子納米鏈為非響應(yīng)性成分包覆連接一維鏈狀光子結(jié)構(gòu)而

2、形成的剛性光子納米鏈結(jié)構(gòu)，在磁場(chǎng)中只表現(xiàn)出開(kāi)-關(guān)效應(yīng)，而不具有外場(chǎng)對(duì)光子帶隙的調(diào)控作用。本論文創(chuàng)新性地在鏈狀光子結(jié)構(gòu)中引入溫度響應(yīng)性水凝膠PNIPAM，制備磁/溫響應(yīng)性Fe3O4@PNIPAM柔性光子納米鏈，研究柔性光子鏈在磁場(chǎng)下的取向機(jī)理以及在磁、溫外場(chǎng)下的光學(xué)響應(yīng)性。論文的主要工作如下：
　　(1)采用磁控組裝與紫外光聚合相結(jié)合的方法制備了Fe3O4@PNIPAM光子納米鏈，闡明了其制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控原理。觀察微觀形貌發(fā)現(xiàn)光子鏈通

3、過(guò)PNIPAM對(duì)Fe3O4@PVP CNCs形成“脖頸”連接，無(wú)外加磁場(chǎng)作用下鏈呈自然彎曲狀態(tài)，為柔性鏈。成鏈機(jī)理分析表明：PAA與聚合單體NIPAM、磁性組裝基元CNCs表面PVP間的氫鍵作用是實(shí)現(xiàn)NIPAM在CNCs表面富集、經(jīng)紫外光引發(fā)聚合對(duì)CNCs形成的周期性結(jié)構(gòu)進(jìn)行包覆連接形成光子鏈的關(guān)鍵。外加磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)誘導(dǎo)取向時(shí)間和前驅(qū)液中水醇比的改變能夠?qū)庾渔湹牧Ｗ娱g距、鏈長(zhǎng)和光子鏈的包覆形貌進(jìn)行調(diào)控。
　　(2)Fe3O4@

4、PNIPAM柔性光子納米鏈的磁取向過(guò)程以及磁響應(yīng)性能研究發(fā)現(xiàn)：柔性光子納米鏈在外加磁場(chǎng)下的取向過(guò)程包括低磁場(chǎng)作用下鏈沿磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)取向和高磁場(chǎng)作用下鏈沿磁場(chǎng)的伸展取向。取向過(guò)程中，衍射峰的峰位保持基本不變，峰強(qiáng)隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)，衍射光的亮度逐漸提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與物理模擬結(jié)果基本一致。PNIPAM交聯(lián)度、粒子間距以及鏈長(zhǎng)對(duì)光子納米鏈磁響應(yīng)性能的影響研究發(fā)現(xiàn)隨著光子鏈長(zhǎng)度和柔性的增加，在較高磁場(chǎng)范圍內(nèi)光子鏈的衍射峰強(qiáng)對(duì)磁場(chǎng)的依賴性