[發(fā)明專利]一種聚合物光子晶體微球、及其制備與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611213561.5
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106750447B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱錦濤;楊一;許江平;王珂
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: C08L25/08
• 分類號: C08L25/08;C08J7/00;C08J3/12;C08L29/04;G01N21/25
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發(fā)明公開了一種聚合物光子晶體微球、及其制備與應(yīng)用，其中制備方法具體是先以PS?b?P2VP溶液作為微流控體系的分散相、以PVA溶液作為微流控體系的連續(xù)相，利用具有特定結(jié)構(gòu)的微流控芯片，得到分散性好、尺寸均一的聚合物乳液液滴，然后揮發(fā)液滴中的溶劑得到聚合物微球；接著，再以CTAB溶液作為退火外界環(huán)境將聚合物微球進行退火處理，最終得到了嵌段聚合物光子晶體微球。本發(fā)明中的聚合物光子晶體微球具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，具有有機溶劑響應(yīng)性、pH值響應(yīng)性、以及離子種類響應(yīng)性，能夠有效解決現(xiàn)有光子晶體制備周期長、過程繁瑣、體系復(fù)雜、響應(yīng)性單一、角度依賴性大的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光子晶體材料領(lǐng)域，更具體地，涉及一種聚合物光子晶體微球、及其制備與應(yīng)用，該聚合物光子晶體微球是種響應(yīng)性的聚合物光子晶體微球，能夠?qū)μ囟ㄓ袡C溶劑、pH值和離子進行多重響應(yīng)。

背景技術(shù)

光子晶體是由不同折射率的材料在空間交替構(gòu)成的一種周期性結(jié)構(gòu)，其最根本的特征是具有光子禁帶，即波長落在其禁帶中的光被禁止傳播并反射，從而顯示出此種波長光的顏色。由于其獨特的光學(xué)性質(zhì)，光子晶體被廣泛應(yīng)用于多種光學(xué)器件(如調(diào)制器、傳感器、顯示器等)。

傳統(tǒng)意義上的光子晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常是納米粒子的有序堆積，如二氧化硅納米粒子和聚苯乙烯納米粒子，其組成的有序結(jié)構(gòu)在外界條件(如溫度、溶劑和機械力等)作用下容易被破壞，且制備過程繁瑣、耗時(需要引入交聯(lián))。另外，有序堆積對納米粒子的單分散性要求很高。同時，在另一方面，基于有序堆積形成的光子晶體薄膜或塊體的光學(xué)禁帶會受到入射光角度的影響，不利于其在檢測應(yīng)用的準確的定量化及可視化。因而，發(fā)展新的光子晶體的快速制備技術(shù)，減少或避免對入射光反射光角度的依賴性對于進一步拓展光子晶體材料的應(yīng)用具有重要意義。具有特定有機溶劑、pH值和離子響應(yīng)的光子晶體微球是利用具有響應(yīng)性鏈段的嵌段共聚物自組裝形成的具有周期內(nèi)部結(jié)構(gòu)的光學(xué)材料。通過溶液中特定有機溶劑的刺激、pH值的改變和離子交換，微球內(nèi)部的響應(yīng)性鏈段所處的相區(qū)會發(fā)生體積變化，從而改變光子晶體的內(nèi)部周期長度和折射率，使布拉格衍射峰位置發(fā)生變化。在通過顯微鏡或裸眼可以直觀地觀察到所發(fā)生的顏色變化，從而可以持續(xù)地監(jiān)測溶液的pH值、離子種類或者有機溶劑的濃度。另外，聚合物光子晶體微球具有較快的響應(yīng)性，在10秒內(nèi)就能觀察到明顯的顏色變化，且當(dāng)環(huán)境發(fā)生較小的pH變化(約0.2)或較小的有機溶劑濃度變化(約8％)就能觀察到大于50nm的反射峰位移,便于檢測和裸眼觀察。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物光子晶體微球、及其制備與應(yīng)用，其中通過對制備方法中關(guān)鍵的制備工藝整體流程設(shè)計、以及各個反應(yīng)步驟的參數(shù)、條件等進行改進，同時利用微流控與聚合物自組裝原理、并將兩者有機結(jié)合，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決光子晶體制備周期長、過程繁瑣、體系復(fù)雜、響應(yīng)性單一、角度依賴性大的問題，本發(fā)明中的聚合物光子晶體微球?qū)τ袡C溶劑、pH值和離子種類均具有響應(yīng)性；并且，該聚合物光子晶體微球采用的嵌段共聚物PS-b-P2VP，其鏈段是以包圍該微球中心的、多個層狀結(jié)構(gòu)的形式排列的，即在光子晶體微球中形成有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，對該聚合物光子晶體微球的響應(yīng)性具有重要影響。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種聚合物光子晶體微球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)溶液的制備：

將嵌段共聚物聚苯乙烯-聚2-乙烯基吡啶PS-b-P2VP充分溶解在有機溶劑中，得到作為微流控體系的分散相的PS-b-P2VP溶液；

將表面活性劑聚乙烯醇PVA溶解在去離子水中，得到作為微流控體系的連續(xù)相的PVA溶液；

將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶解在去離子水中，得到作為退火外界環(huán)境的CTAB溶液；

所述PS-b-P2VP溶液的濃度為1～15mg/mL，所述PVA溶液的濃度為0.5～20mg/mL，所述CTAB溶液的濃度為0.5～5mg/mL；