基于胶体晶体阵列传感材料的制备与性能

摘要

胶体晶体是单分散性的胶体粒子自组装形成的一种类似于晶体的有序结构。由于体系内不同介电常数的介质随空间呈现周期性变化，胶体晶体具有独特的光子禁带及布拉格衍射现象，呈现绚丽的结构色。本研究以响应性聚合物凝胶为连续相填充胶体晶体，成功制备出在纳米或介观尺度高度有序的聚合胶体晶体（PCCA）。其结构的可调控性、合成的灵活性及反馈信号的易检测性，使 PCCA在物理、化学及生物传感领域存在巨大的潜力，成为一类独具特色的光学传感材料。对聚合胶体晶体进行改性以赋予其新的特性，使其更好地适用于新的应用领域和环境，是胶体晶体的重要研究方向之一。
　　本文从制备单分散性聚苯乙烯微球并组装胶体晶体出发，以丙烯酰胺为单体，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，利用光引发聚合法制备了聚合胶体晶体，探讨了其对外加压力的响应行为。在此基础上，以丙烯酸为改性单体对 PCCA进行功能化改性，制备了具有pH敏感性的PCCA，研究了其pH传感性能，并将其用于对皮革浸酸过程的pH监测。
　　为改善 PCCA的压力传感性能及存储稳定性，以聚合物水凝胶为连续相的PCCA在传感器件及光学器件等应用中经常需要脱除其中的水分，以获得在空气中稳定的干态材料。但是，由于凝胶的内应力和结构塌陷等因素的存在，直接干燥会导致 PCCA内嵌有序结构和光子带隙的消失。本文在光引发聚合制备聚丙烯酰胺为连续相聚合胶体晶体的基础上，基于离子液体的吸水性和稳定性，制备了离子液体聚合胶体晶体(ILPCCA)。同时探讨了离子液体用量、微球的体积分数、离子液体类型和温度等因素对 ILPCCA结构和光学特征的影响，并研究了其压力传感性能。研究表明，离子液体使胶体晶体的光子带隙先蓝移后红移，达到平衡时的带隙红移220 nm以上，将ILPCCA长时间放置于空气中，其结构色也不会消失。这种新型的聚合胶体复合材料在保持胶体晶体原有的周期性有序结构和光学特征的同时，显著改善了聚合胶体晶体的存储稳定性和压缩性能，为制备稳定的干态光子晶体提供了新途径。

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1 概述

1.1引言

1.2 胶体晶体的分类

1.3 胶体晶体的自组装法

1.4 胶体晶体的应用

1.5 本课题的研究思路

2 单分散性聚苯乙烯微球的合成

2.1 引言

2.2 无皂乳液聚合法的聚合机理

2.3 实验部分

2.4 实验结果与讨论

2.5 本章小结

3 聚丙烯酰胺胶体晶体的制备及传感性能

3.1 引言

3.2 聚丙烯酰胺简介

3.3 实验部分

3.4 实验结果与讨论

3.5 本章小结

4 离子液体胶体晶体的制备及传感性能

4.1 引言

4.2 离子液体简介

4.3 实验部分

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 总结

参考文献

致谢

个人简历及在校期间发表论文与研究成果