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水凝胶（Hydrogel）是具有三维网状结构的一类聚合物材料，其中具有响应特性的水凝胶，因其能够通过自身体积的收缩或溶胀来响应外界环境的刺激，而受到科学界的广泛关注。基于智能水凝胶制备的结构色材料也因具有温敏、盐敏和pH敏感等多种智能特性而成为当下科学研究的热门领域之一。本文采用自由基乳液聚合的方法制备得到了聚N-异丙基丙烯酰胺/丙烯酸（PNIPAM-Co-AAc）和聚N-异丙基丙烯酰胺/丙烯酸羟乙酯（PNIPAM-Co-HEAC）两种嵌段共聚物水凝胶材料。利用场发射扫描电镜（FE-SEM）、静/动态光散射仪（BI200）、粒径/zeta电位仪以及红外（FTIR）等测试手段对水凝胶材料的形貌、结构、粒径和电位等进行了表征，结果表明：本实验制备得到了分散性能良好、粒径范围在200-450nm之间的PNIPAM-Co-HEAC和PNIPAM-Co-AAc水凝胶纳米球，且制备的纳米微球表面携带负电荷；当反应物中N-异丙基丙烯酰胺的量不变，随着丙烯酸（AAc）/丙烯酸羟乙酯（HEAC）含量增加，乳液聚合得到的纳米球粒径变大。进一步研究了利用蒸发诱导法制备的基于PNIPAM-Co-HEAC胶体球的凝胶蛋白石，发现制备出的凝胶蛋白石具有多彩的颜色。PNIPAM-Co-AAc胶体球通过重力沉积的方法自组装制备得到的结构色薄膜，用光学显微镜及光纤光谱仪等对薄膜的光学特性进行表征，发现基于水凝胶制备的结构色薄膜对温度具有响应特性，随着温度升高颜色从具有明显结构色彩的绿色(25℃)变成蓝色(35℃)，直至最后变白色(45℃)。在以上研究的基础上，利用电泳沉积的方法将制备的不同粒径水凝胶纳米球组装在经亲水性处理的碳纤维表面，并用场发射扫描电镜（FE-SEM）、光学显微镜以及光纤光谱仪等表征手段对其实验结果进行表征，结果表明：在碳纤维表面制备了具有规整排列的一维光子晶体结构的结构色碳纤维材料，通过施加一定大小的电压和改变电泳沉积时间等方式，得到红、蓝、绿三色纤维；同时，组装胶体晶体的时间从几十分钟缩短到了几分钟甚至几十秒，大大提高了胶体晶体的组装效率。研究了所制备的结构色碳纤维对无水乙醇和丙酮等极性挥发性溶剂气体响应特性：将制备好的紫色结构色碳纤维，分别放入封闭的无水乙醇、丙酮等气氛中，发现随着时间的增加，颜色从紫色变为绿色，气氛去除之后纤维又能瞬间恢复为原来的颜色，这说明结构色碳纤维对无水乙醇及丙酮等极性溶剂挥发的气体具有很好的响应特性，这一研究结果表明基于响应性水凝胶制备的结构色纤维在不需要外接电源的情况下，就能够通过改变自身颜色对极性气体刺激做出响应，在无源可穿戴传感器件等领域具有重要应用价值。