[发明专利]一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法。制备方法包括(1)制备单分散二氧化硅微球胶体、(2)合成功能化金属材料和(3)制备磁致变色光子晶体材料三个步骤。本发明提供的制备方法简单。采用该制备方法制得的光子晶体材料为核壳结构，其中二氧化硅微球为核，附着在二氧化硅微球表面的金属离子为壳。由于金属离子具有超顺磁性，从而使得光子晶体材料也具有磁响应性能。当施加适当磁场时，金属粒子体积位置或者体积改变，使得光子晶体团簇的晶格结构发生变化，光子禁带位置改变，从而使得晶体的颜色发生改变。另外，由于二氧化硅微球的结构均匀，分散性好，因此，本发明制得的纳米光子晶体材料具有晶体结构均匀，结构颜色丰富的优点。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法。

背景技术

光子晶体是尺寸在一百纳米到几个微米的无机或者有机的胶体微球在驱动力的作用下进行自组装，形成一定的有序结构，这种有序排列的胶体微球结构通常被称为光子晶体、胶体晶体或者人造蛋白石结构。光子晶体由于其优良的光学性能成为新一代光电器件的基础材料，还可以用作一下基本现象的理想模型体系，可以用于相变，热解过程等热点问题的机理研究。此外，光子晶体本身还可作为模板，可以和电镀、光刻技术等进行完美的融合，用于制备的图案化光子晶体材料。正因为光子晶体及其相关衍生物具有广阔的应用前景，才使得其在制备精确调控、化学改性和新颖应用的学科交叉中受到极大关注。

二氧化硅微球具有化学惰性、耐高温、机械强度高等优点，在橡胶、催化剂、制药以及陶瓷等领域具有广泛的应用前景。近几年，以单分散性好的二氧化硅微球作为基元材料，采用自组装法制备光子晶体成为研究的热点，主要是因为二氧化硅微球的制备方法简单、微球粒径可控。

申请公布号为CN101049631A的发明专利申请中公开了一种纳米复合物二氧化硅-金属核壳离子的制备方法。该制备方法通过使用交联剂对二氧化硅表面进行修饰，形成一种表面氨化的二氧化硅粒子，然后再将修饰后的二氧化硅与经还原剂处理后的金、银、锡或它们的合金混合，从而制得以二氧化硅为核，以金、银、锡或它们的合金为壳，具有生物相容性好、水溶性好的优点，并具有特定光学性质的纳米复合物。但是，上述制备方法具有三个缺点：一是上述制备方法是通过使用交联剂对二氧化硅的表面进行修饰，不但制备方法复杂(需要在较高温度下加热回流一定时间，然后需经4～5次离心操作)，而且表面氨化的二氧化硅与金属的结合能力也较差，为了得到表面完全覆盖金属的核壳离子，不但需要多次超声，还需离心以及还原剂的作用，从而使得制备步骤变色复杂；二是所使用的金、银、锡或它们的合金磁性小，从而使得纳米复合物的磁响应能力差；三是所制得的纳米复合物没有完整有序的光子晶体结构，更无法变色，从而使得纳米复合物在化学、生物传感器、光电学设备等领域的应用受到了限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有的二氧化硅光子晶体的制备方法存在的复杂、变色范围小、颜色单一的问题，本发明提供了一种简单、成本低、并且变色范围广，达到红黄蓝等多色系变色的制备方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

1、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备单分散二氧化硅微球胶体：将正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水混合，然后在密闭条件下进行搅拌，从而制得单分散二氧化硅微球胶体；

(2)制备功能化金属材料晶体：将无水金属盐、乙酰氯和第一有机溶剂混合并在室温下进行反应，从而制得功能化金属材料晶体；

(3)制备磁致变色光子晶体材料：将功能化金属材料晶体分散在第二有机溶剂中，再与单分散二氧化硅微球胶体混合并分散，得到磁致变色光子晶体材料。

2、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法，所述步骤(2)按照如下方式进行：