[發明專利]一種熱致可逆的物理凝膠光子晶體材料及其制備方法無效

申請號：	201010237582.7	申請日：	2010-07-27
公開（公告）號：	CN101899712A	公開（公告）日：	2010-12-01
發明（設計）人：	朱以華;陳誠;楊曉玲;江宏亮;彭黎明	申請（專利權）人：	華東理工大學
主分類號：	C30B29/58	分類號：	C30B29/58;B01J13/00
代理公司：	上海新天專利代理有限公司 31213	代理人：	胡紅芳
地址：	200237 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種可逆物理凝膠光子晶體材料及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于光子晶體技術領域，具體涉及一種基于物理凝膠化的熱致可逆的光子晶體材料及其制備方法。

背景技術

光子晶體是一種由具有不同折射率的材料在空間交替排列構成的周期性結構。當光波在周期勢場中傳播時，由于受到布拉格散射會形成能帶結構，帶與帶之間可能存在帶隙。光波的能量落在帶隙中，傳播是禁止的，光子晶體的特征就是具有光子帶隙，并且通過對光子帶隙控制和調節實現對不同波長光的操控，在光電子學領域具有廣范圍應用。

在光子晶體的諸多應用中，由水凝膠構筑的光子晶體材料可以通過凝膠體積的脹縮改變內部光子晶體陣列的晶格間距，從而改變材料的光子帶隙位置，因此這種光學器件可以應用于傳感器、激光器及仿生材料等。

美國專利US?6,544,800公開了一種聚合的膠體晶陣列光子晶體。它是由單分散的膠體微球，如聚苯乙烯、二氧化硅等，依靠靜電斥力在溶液中自組裝成為具有三維周期性結構的膠體晶體陣列，而后用化學聚合的方法制備成水凝膠光子晶體。利用化學修飾的水凝膠受環境刺激產生不同的脹縮特性，用于化學傳感。然而，這種光子晶體必須依靠紫外輻照引發單體或低聚物聚合，由于光子晶體陣列會受到雜離子的影響，因此所選單體或低聚物必須為非離子型材料。

采用物理交聯的水凝膠作為光子晶體陣列的載體(S.A.Asher?et?al，Chem.Mater.2008，20，7501)，可以避免紫外輻照的污染，制備工藝簡單，無需光聚合中的精密石英器皿，甚至能夠在金屬和塑料等不透明模具中制備。但是，此方法獲得的凝膠光子晶體強度仍然不夠理想。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的缺點，提供一種熱致可逆的物理凝膠光子晶體材料及其制備方法。其特征在于以聚乙烯醇作為凝膠基體材料，通過添加輔助增塑溶劑及物理控制凝膠化，制備固定化光子晶體陣列的凝膠光子晶體材料。該方法制備的凝膠光子晶體材料較傳統凝膠光子晶體強度更高，可以根據溫度、pH值、拉伸應力等參數的變化改變其晶格常數、折射率等結構參數。即通過凝膠的脹縮，可以改變體系內光子晶體陣列的帶隙位置，從而產生材料宏觀顏色的變化。此外，物理凝膠化的光子晶體材料另一個重要優勢在于其熱致可逆性，可實現材料的重復制備及反復利用。

本發明的技術方案為：

本發明提供的一種熱致可逆的物理凝膠光子晶體材料，其組份包括：作為凝膠基體的聚乙烯醇水溶液、光子晶體陣列溶液及輔助溶劑。

所述聚乙烯醇溶液的分子量為20,000～120,000，最好為70,000；質量濃度為50～150毫克/毫升，最好是100毫克/毫升。

所述光子晶體陣列溶液，可以是單分散的膠體微球溶液，如聚苯乙烯水溶液、聚甲基丙烯酸甲酯水溶液、二氧化硅水溶液等，質量分數為0.5～10％。

所述輔助溶劑組份是甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甲基亞砜中的一種或幾種的混合體。

所述熱致可逆的物理凝膠光子晶體材料能衍射可見光，通過外力拉伸可以實現紅色、黃色、綠色、藍色間的可逆指示，斷裂伸長率最大可達388％。該材料經85℃熔化后經下述步驟(5)可重復制備出相同材料。

本發明提供的一種物理凝膠光子晶體材料的制備方法，包括：

(1)將單分散的膠體微球分散在水中，配置成質量分數為0.5～10％的溶液，經過7～30天時間透析，形成光子晶體陣列溶液。

(2)將聚乙烯醇在水中加熱至90～100℃回流2～6小時，配置濃度為50～150毫克/毫升的聚乙烯醇水溶液。

(3)將(1)與(2)以體積比1∶0.5～2混合，形成凝膠光子晶體前驅體溶液。

(4)將相對(3)的前軀體溶液的質量分數為10～25％的輔助溶劑加入(3)中，攪拌至充分混合。

(5)將(4)加入到注射器中，注射入模具中，經過-20～0℃冷凍2～24小時，20～25℃解凍0.5～1小時即可脫模。