[發(fā)明專利]一種聚合物乳化法制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611109140.8
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106751304B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹玉華;倪鑫炯;由愛梅;曹光群
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: C08L33/12
• 分類號: C08L33/12;C08L25/08;C08L33/02;C08K9/04;C08K3/22;C08F220/14;C08F212/08;C08F220/06;C08F220/18;G02B1/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 時旭丹;張仕婷

一種聚合物乳化法制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體的方法，屬于磁性納米材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過四個步驟的操作實現(xiàn)：1.合成雙親性無規(guī)共聚物，用堿性水溶液溶解并調(diào)節(jié)pH至中性；2.化學(xué)共沉淀法制備油酸修飾的四氧化三鐵磁性納米粒子；3.將油酸修飾的四氧化三鐵磁性納米粒子分散于有機(jī)溶劑中并與雙親性無規(guī)共聚物水溶液混合，超聲乳化；4.將乳液在常溫下減壓蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，用磁分離方法收集復(fù)合粒子并水洗，即得聚合物包覆的膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體分散體系。該體系在變化磁場中通過自然光照射可獲得不同波長的衍射光。本發(fā)明提供的制備方法簡捷、快速，易于操作，原料易得，成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物乳化法制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體的方法，屬于磁性納米材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

所謂光子晶體，是指由兩種及以上折射率（介電常數(shù)）不同的材料在空間進(jìn)行周期性排列而成的有序結(jié)構(gòu)。光子晶體中存在光子禁帶，可以實現(xiàn)對光波長的選擇，可應(yīng)用于光子晶體發(fā)光二極管、光子晶體濾波器和光子晶體彩色顯示器等等光學(xué)領(lǐng)域。

膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體屬于光子晶體家族的一員，其粒子大小處于膠體科學(xué)的研究范圍內(nèi)。在外界磁場的誘導(dǎo)下，磁性粒子能可逆、快速地完成自組裝過程，組成光子晶體結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度、方向和分布等因素，可以便捷地調(diào)整光子晶體結(jié)構(gòu)的對稱性和點陣參數(shù)等，進(jìn)而操控光子晶體結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能。

制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體的關(guān)鍵是磁性納米粒子的制備。最常用的磁性納米粒子為四氧化三鐵，為防止氧化和自聚集，常使用油酸修飾四氧化三鐵并用二氧化硅或聚合物加以包覆。現(xiàn)有技術(shù)中公開了多種制備膠態(tài)磁性納米粒子的方法。Asher等報道了一種用聚苯乙烯包覆的膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體，該體系通過添加乳化劑、可聚合單體和四氧化三鐵磁性納米粒子，在70℃下利用乳液聚合法，反應(yīng)5h后制得（Advanced Materials, 2001, 13:1681）。Philipse等也使用了類似的乳液聚合方法，以甲基丙烯酰氧丙基二甲基硅氧烷為乳化劑，制備了一種以聚甲基丙烯酸甲酯為殼的膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體（Langmuir, 2006, 22:10209）。此外，陳乾旺等用水熱法在210℃下反應(yīng)48h制備了碳包覆的膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體（Journal of Physical Chemistry C, 2011, 115: 11427）。

上述制備方法或需使用不易得的原料和設(shè)備，或需在制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體階段引入高溫及較長的反應(yīng)時間。此外，使用小分子乳化劑也可能導(dǎo)致產(chǎn)品中乳化劑的殘留。本發(fā)明旨在克服上述不足之處，只使用簡單易得的原料和設(shè)備，直接使用包覆材料為乳化劑，并在常溫下制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種聚合物乳化法制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體的方法，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗滌后，可在磁場誘導(dǎo)下進(jìn)行自組裝，宏觀上表現(xiàn)為多種衍射光，表明組裝得到光子晶體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明涉及的雙親性無規(guī)共聚物具有一定的乳化能力，故以該類聚合物為乳化劑兼包覆材料。將用低沸點有機(jī)溶劑分散的油酸修飾的四氧化三鐵磁性納米粒子體系用雙親性無規(guī)共聚物進(jìn)行乳化，隨后用減壓蒸發(fā)的方法除去有機(jī)溶劑。在蒸發(fā)過程中，聚合物逐漸替代有機(jī)溶劑與磁性納米粒子直接接觸，實現(xiàn)包覆，得到聚合物包覆的磁性納米粒子。所得產(chǎn)物經(jīng)水洗滌后，可在磁場誘導(dǎo)下進(jìn)行自組裝，宏觀上表現(xiàn)為多種衍射光，表明組裝得到光子晶體結(jié)構(gòu)。

一種聚合物乳化法制備膠態(tài)磁響應(yīng)光子晶體的方法，步驟為：

（1）雙親性無規(guī)共聚物水溶液的制備：將引發(fā)劑、疏水性單體和親水性單體溶于溶劑中，利用溶液自由基聚合法進(jìn)行聚合；產(chǎn)物沉淀后真空干燥，得到雙親性無規(guī)共聚物；將雙親性無規(guī)共聚物用堿性水溶液溶解，隨后調(diào)節(jié)pH至中性；

（2）油酸修飾的四氧化三鐵磁性納米粒子的制備：將三價鐵鹽和二價鐵鹽混合，依次加入沉淀劑氨水和修飾劑油酸，加熱并通氮氣保護(hù)，通過化學(xué)共沉淀法制備得到油酸修飾的四氧化三鐵磁性納米粒子；