[发明专利]利用光响应聚合物及其复合物快速检测酒精和醋酸浓度的方法

说明书

本发明公开了一种利用光响应聚合物及其复合物快速检测酒精和醋酸浓度的方法。该方法使用光响应聚合物或其与液晶小分子的复合物制备成薄膜，并对薄膜进行光图案化，然后将薄膜浸泡在待检测的酒精或醋酸溶液中，由于不同浓度溶液浸泡相同时间后，薄膜表面的结构色出现差异，由此检测溶液中乙醇或乙酸的浓度。该方法将周期性表面微纳结构所反映的宏观现象——肉眼可见的结构色与溶液浓度检测联系起来，实现了对不同浓度溶液的区分和鉴别，操作简单易行，可以直观看到结果，从而能广泛应用在工业领域，在检测浓度方面有很广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光响应聚合物及其与液晶小分子的复合物在酒精和醋酸浓度检测技术中的应用，是一种基于所述聚合物或其复合物薄膜的表面微纳结构在不同浓度酒精或醋酸中浸泡相同时间后呈现的结构色不同，利用浸泡时间控制其表面形貌，从而对不同浓度溶液进行区分与鉴别的方法。

背景技术

作为一种智能材料，光响应聚合物能够实现远程精确控制，且不需要复杂的调节系统就能实现分子结构与聚合物链结构性质的改变，从而使聚合物的颜色、相态、溶解性、折射率、玻璃化转变温度(T_g)等宏观特征发生变化。利用光响应聚合物及其复合物可以大面积制备复杂的表面微纳结构，应用于图案显示、信息加密和防伪、光学器件制备等领域。

典型的光响应聚合物包括偶氮苯、二苯乙烯、席夫碱、螺吡喃等，均可在光照下发生异构化，其中偶氮苯衍生物在光控表面领域应用最广泛。在中国发明专利申请CN202010135620.1和CN202111434432.X中，已经报道了一种溶剂诱导的偶氮苯均聚物及其液晶小分子复合物质量迁移形成表面起伏光栅的现象。通过降低T_g与液晶分子协同运动相结合，在溶剂蒸汽氛围下，相同时间液晶复合物能够产生比均聚物更大的表面起伏，质量迁移的速率更快。此外，通过调节液晶小分子的添加比例与光图案化时缝的宽度，可以在同一表面实现不同方向的质量迁移，进而制备复杂多样的表面微纳结构。

传统意义上的表面微纳结构更多的是用于复杂光学元件的生产。从透镜微阵列到光学掩模版，从光刻胶到光电探测仪，大到用于批量生产加工精密仪器的器械，小到日常使用的电子设备的芯片，无一例外地依赖于表面的结构。但是，将周期性表面微纳结构所反映的宏观现象——肉眼可见的结构色与酒精和醋酸浓度检测联系起来，对不同浓度的溶液进行区分和鉴别，到目前为止仍旧鲜有报道，是一个新颖且有意义的研究方向。这种简单易行、方便快捷的浓度检测方法能够不借助其他设备，在一定观察角度下直接看到效果，相比其他专用检测装置更有实用价值。

发明内容

本发明旨在给出一种利用光响应聚合物或其与液晶小分子的复合物检测酒精和醋酸浓度的方法，该方法通过观察在酒精或醋酸溶液中浸泡一定时间后聚合物或其液晶复合物薄膜表面的结构色差异，对不同浓度的溶液做了区分，更重要的是，对于酒精浓度检测而言，在酒精浓度低至乙醇体积分数只有1％时，依旧表现出与纯水不同的响应结果，说明该方法用于酒精检测时灵敏度很高。

本发明提出的检测酒精和醋酸浓度的方法首先需要一块含有光栅结构的光学掩模版。该掩模版通常需要在石英玻璃表面蒸镀一层数十纳米厚的铬层，形成遮光层，再将遮光层与透光狭缝交替周期性排列，最终得到光栅结构。其中掩模版的透光部分能够透过大部分紫外光和可见光，遮光部分则可以完全遮挡紫外光和可见光，利用光栅的干涉与衍射现象，可以在聚合物或其液晶复合物薄膜表面实现条纹图案的写入。完成图案写入后，就可以放在不同浓度的酒精或醋酸溶液中浸泡，到指定时间后拿出，吹干表面溶剂后立即观察，就能通过结构色差异分析得到该溶液的乙醇或乙酸体积分数。

本发明所涉及的液晶小分子为商业广泛使用的液晶分子，包括但不限于室温液晶4-氰基-4’-戊基联苯(5CB)、4-氰基-4’-辛基联苯(8CB)等，光响应聚合物是指偶氮苯、二苯乙烯、席夫碱、螺吡喃等在一定波长的光照下能够发生顺反异构的一类聚合物，如式Ⅰ～式Ⅳ所示：