【摘 要】
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光子晶体(PC)是一种具有空间周期性的结构材料,主要通过单分散乳胶粒自组装而形成,在外界的刺激下如温度、p H和溶剂等,其体积可以发生膨胀、收缩的线型尺寸变化,可制备出一
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光子晶体(PC)是一种具有空间周期性的结构材料,主要通过单分散乳胶粒自组装而形成,在外界的刺激下如温度、p H和溶剂等,其体积可以发生膨胀、收缩的线型尺寸变化,可制备出一种可视化、实时检测的化学传感器。但目前光子晶体通常是由“硬球”(如聚苯乙烯等)制备,但其存在易开裂、响应性单一、缺陷容忍性差等缺点。本文通过无皂乳液聚合制备了一种温敏性微凝胶小球聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸叔丁酯)(Poly(NIPAm-co-t BA)),分别通过针尖流动法和水平沉积法、高速离心法制备了2D光子晶体和无裂纹响应性3D光子晶体,并对其化学组成、粒径大小和分布、响应性能和光学性能进行了研究,主要开展了如下两部分工作:1.采用针尖流动法将微凝胶小球制备成2D光子晶体,为克服其结构易被破坏的缺点,将其与具有优异机械性能的半互穿网络水凝胶结合,制备了一种温敏性2D光子晶体复合凝胶膜。确证了产物的化学组成,系统研究了t BA/NIPAm摩尔比对微凝胶小球的流体力学直径(D_H)、单分散性(PDI)、微观形貌和温敏性的影响规律,探究了温度和外力作用下,光子晶体复合凝胶膜的响应行为。结果表明:随t BA/NIPAm摩尔的增加,微球的D_H由712.2 nm降至529.2 nm,PDI良好,温敏性逐渐减小;将光子晶体复合凝胶膜拉伸不同倍率,微球逐渐由球形变为椭球型、间距逐渐增大,并且衍射波长红移,衍射强度降低;将其温度升高,微凝胶小球收缩、间距增大,衍射峰红移且强度变弱。2.基于Poly(NIPAm-co-t BA)微凝胶小球,分别采用水平沉积法和高速离心法制备了不同类型的3D光子晶体,对其宏观、微观结构和光学特性进行了分析,并系统研究了该3D光子晶体在不同温度、湿度和离子条件下的响应行为,并初步阐明了其微凝胶小球的组装和响应机理。结果表明:水平沉积法制备的3D光子晶体随着湿度增加,衍射峰发生红移,并且该过程具有很好的可重复性;高速离心法制备的3D光子晶体随着温度、离子浓度的增加,衍射峰发生蓝移;表明这两种3D光子晶体在温度、湿度和离子浓度检测方面有潜在的应用价值。
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