反蛋白石结构水凝胶光子晶体微球的制备及应用

摘要

光子晶体是一种不同折射系数的介质周期性分布的光学材料，具有光子禁带的特性。当特定频率的光落入光子晶体的光子带隙中时，不能在其中传播而发生布拉格衍射，从而达到对光子调制的目的。由于光子晶体在显示、编码载体、传感和光纤等方面具有的潜在应用，因此受到人们广泛的关注。目前，光子晶体薄膜存在的问题是：角度依赖性和响应速度慢，因此不能快速准确地实现裸眼检测；而光子晶体微球可以克服角度依赖性的问题，但是目前制备的光子晶体微球主要是硬球，对外界的刺激响应比较小。针对以上问题，本论文通过微流控技术和模板法，构建了可用于显示、传感等领域的反蛋白石结构水凝胶光子晶体微球，具体如下：
　　以二氧化硅纳米粒子自组装形成的光子晶体微球为模板，我们制备出pH值、有机溶剂和葡萄糖响应性的反蛋白石结构水凝胶光子晶体微球，该水凝胶微球主要成分是聚丙烯酰胺-丙烯酸。当溶液的pH值增加时，凝胶中的羧基转变为羧酸盐，使凝胶中的渗透压增大，从而导致凝胶的体积发生膨胀，衍射光波长随之发生红移。该水凝胶微球具有单一的结构色，并可以在不同pH值下实现全色转变。另一方面，通过后修饰的方法将3-丙烯酰胺基苯硼酸接到微球上面，3-丙烯酰胺基苯硼酸和葡萄糖结合时，水凝胶表面形成唐南电势，从而导致凝胶的体积发生溶胀，衍射光波长随之发生红移。上述pH值、有机溶剂和葡萄糖响应性的水凝胶微球无角度依赖性，同时由于微球包含有序多孔结构，使得小分子能够快速扩散进水凝胶微球内部。综合得到快速响应的、无角度依赖性的反蛋白石结构水凝胶光子晶体微球。

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1 绪 论

1.1光子晶体的概念

1.2光子晶体的制备方法

1.2.1 重力沉积法

1.2.2 垂直沉积法

1.2.3 界面自组装法

1.2.4 非紧密堆积法

1.3微流控技术制备光子晶体微球

1.3.1 球形光子晶体微球

1.3.2 壳核结构光子晶体微球

1.3.3 不规则光子晶体微球

1.4光子晶体的应用

1.4.1 pH响应性光子晶体

1.4.2 有机溶剂响应性光子晶体

1.4.3 温度响应性光子晶体

1.4.4 Pb2+响应性光子晶体

1.4.5 葡萄糖响应性光子晶体

1.4.6表面活性剂响应性光子晶体

1.4.7光子晶体显示材料

1.4.8 光子晶体在其他领域的应用

1.5本文的主要研究内容及创新点

1.5.1 光子晶体领域存在的问题

1.5.2 本文的主要研究内容

1.5.3 本文的创新点

2 实验部分

2.1 实验所用试剂

2.2 实验所用仪器

2.3 实验方法

2.3.1 SiO2纳米粒子的制备

2.3.2 单乳液微流控芯片的制备

2.3.3 二氧化硅光子晶体微球的制备

2.3.4 反蛋白石结构水凝胶微球的制备

2.3.5 水凝胶微球接上3-丙烯酰胺基苯硼酸

3实验结果与讨论

3.1 SiO2纳米粒子的制备

3.2反蛋白石结构水凝胶凝胶微球的制备

3.3 水凝胶微球的pH值响应性

3.4 水凝胶微球的溶剂响应性

3.5 水凝胶微球的葡萄糖响应性

4全文总结

参考文献

致谢

附录1 攻读硕士学位期间发表和待发表论文目录