[发明专利]一种导电光子晶体水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于响应性光子晶体材料的制备领域，特别涉及一种导电光子晶体水凝胶的制备方法。

背景技术

光子晶体(Photonic Crystal,PC)是一种拥有特殊的周期结构，能对光子传播进行调控的一种材料。1987年，E.Yabnolovitch和S.John分别在Physical review letters上提出了光子晶体的概念，在过去的二十年里，很多方法已经被发展成为构建不同尺度范围内的光子晶体。比较经典的一些方法包括层层自组装技术，电化学刻蚀技术，激光束扫描化学气相沉积技术以及全息光刻技术。随着对光子晶体研究的深入，研究者逐渐对外界具有响应性的光子晶体材料产生了浓厚的兴趣。通过将一些功能聚合物与光子晶体结构复合，制备得到了对外界刺激(如温度、离子、溶剂、机械力等)具有响应性的光子晶体结构。这些响应型光子晶体材料在颜色显示、生物或者化学传感器，油墨和颜料以及一些光学敏感性器件上扮演着越来越重要的角色。

近年来，在响应性光子晶体材料的制备领域，国内外的研究者一直在不断探索：例如Asher等利用温敏性的N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)用于制备对温度具有响应性的光子晶体，在此工作基础上，许多研究者利用这种方法制备了对多种外界刺激具有响应性的光子晶体结构。Takeoka和Watanabe在Asher等的工作基础上，进一步深入研究了热响应性聚合物薄膜的合成方法，他们利用预先组装好二氧化硅胶体晶体为模板，制备了多孔的水凝胶，然后利用氢氟酸(HF)将二氧化硅胶体微球刻蚀，在没有二氧化硅微球的情况下，这种水凝胶仍然对温度的改变具有可逆的光学响应。通过水凝胶在不同温度下的显色，我们可以通过颜色来确定温度的高低。Fudouzi和Sawada等通过将聚苯乙烯(PS)胶体晶体结构嵌入到一层非常薄的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上的方法制备了一种颜色可以发生可逆调节的弹性硅胶片，当这种薄片在水平方向上被拉伸时，其垂直方向上的距离就会减小，这就导致了其(111)晶面的晶面间距减小，同时衍射峰发生蓝移，我们可以通过颜色的变化来确定这种薄膜所受外力的大小。除此之外，响应性光子晶体材料还能够实现对离子、化学物质、磁场等外界刺激实现响应。这些响应性材料虽然在显示、检测等领域有着广阔的发展前景，但是很难实现对这些外界刺激的精确检测。其主要原因之一是通过颜色来对这些外界刺激进行监测存在较大误差。由于电信号相对于光信号更容易检测，因此，将这些光信号转换成电信号将是十分有效的方法。而传统的响应性光子晶体几乎都不具备导电性，导电性光子材料的制备具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种导电光子晶体水凝胶的制备方法，本发明方法简单易行，对导电光子晶体水凝胶的制备具有重要的价值。

本发明的一种导电光子晶体水凝胶的制备方法，包括：

(1)将N-异丙基丙烯酰胺，N-N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸溶于超纯水中，得到反应液，然后在搅拌、冷凝回流、氩气保护条件下，加热至60-80℃并保持15-45min，然后再加入过硫酸钾溶液反应4-6h，得到乳液，然后在氩气保护下冷却至室温，离心，得到PNIPAM-Co-AAc胶体微球，然后再分散在超纯水中，得到胶体微球分散液；

(2)将胶体微球分散液与聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT/PSS的水分散液混匀，然后进行自组装，即得导电光子水凝胶。

所述步骤(1)中反应液中N-异丙基丙烯酰胺、N-N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、超纯水的比例为：1.0-3.0g：0.01-0.03g：0.2-0.5g：120-160mL。

所述步骤(1)中过硫酸钾溶液的质量百分浓度为5％-10％。

所述步骤(1)中过硫酸钾溶液和反应液的体积比为8-12mL：120-160mL。

所述步骤(1)中离心温度为25-35℃，离心速率为8000-11000rpm。

所述步骤(1)中胶体微球分散液的质量百分浓度为45-75％。

所述步骤(2)中胶体微球分散液、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT/PSS的水分散液的体积比为2:1-5:6。

所述步骤(2)中聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT/PSS的水分散液的质量百分浓度为30-50％。

所述步骤(2)中混匀为：在35-45℃条件下混合后磁力搅拌混匀。

所述步骤(2)中自组装为：在温度为25-33℃，保持3-5h。