[发明专利]一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法

说明书

一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，属于磁性纳米材料应用技术领域。本发明通过四个步骤的操作实现：1.合成双亲性无规共聚物，用碱性水溶液溶解并调节pH至中性；2.化学共沉淀法制备油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子；3.将油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子分散于有机溶剂中并与双亲性无规共聚物水溶液混合，超声乳化；4.将乳液在常温下减压蒸发除去有机溶剂，用磁分离方法收集复合粒子并水洗，即得聚合物包覆的胶态磁响应光子晶体分散体系。该体系在变化磁场中通过自然光照射可获得不同波长的衍射光。本发明提供的制备方法简捷、快速，易于操作，原料易得，成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，属于磁性纳米材料应用技术领域。

背景技术

所谓光子晶体，是指由两种及以上折射率（介电常数）不同的材料在空间进行周期性排列而成的有序结构。光子晶体中存在光子禁带，可以实现对光波长的选择，可应用于光子晶体发光二极管、光子晶体滤波器和光子晶体彩色显示器等等光学领域。

胶态磁响应光子晶体属于光子晶体家族的一员，其粒子大小处于胶体科学的研究范围内。在外界磁场的诱导下，磁性粒子能可逆、快速地完成自组装过程，组成光子晶体结构。通过调节磁场强度、方向和分布等因素，可以便捷地调整光子晶体结构的对称性和点阵参数等，进而操控光子晶体结构的光学性能。

制备胶态磁响应光子晶体的关键是磁性纳米粒子的制备。最常用的磁性纳米粒子为四氧化三铁，为防止氧化和自聚集，常使用油酸修饰四氧化三铁并用二氧化硅或聚合物加以包覆。现有技术中公开了多种制备胶态磁性纳米粒子的方法。Asher等报道了一种用聚苯乙烯包覆的胶态磁响应光子晶体，该体系通过添加乳化剂、可聚合单体和四氧化三铁磁性纳米粒子，在70℃下利用乳液聚合法，反应5h后制得（Advanced Materials, 2001, 13:1681）。Philipse等也使用了类似的乳液聚合方法，以甲基丙烯酰氧丙基二甲基硅氧烷为乳化剂，制备了一种以聚甲基丙烯酸甲酯为壳的胶态磁响应光子晶体（Langmuir, 2006, 22:10209）。此外，陈乾旺等用水热法在210℃下反应48h制备了碳包覆的胶态磁响应光子晶体（Journal of Physical Chemistry C, 2011, 115: 11427）。

上述制备方法或需使用不易得的原料和设备，或需在制备胶态磁响应光子晶体阶段引入高温及较长的反应时间。此外，使用小分子乳化剂也可能导致产品中乳化剂的残留。本发明旨在克服上述不足之处，只使用简单易得的原料和设备，直接使用包覆材料为乳化剂，并在常温下制备胶态磁响应光子晶体。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，所得产物经水洗涤后，可在磁场诱导下进行自组装，宏观上表现为多种衍射光，表明组装得到光子晶体结构。

本发明的技术方案，本发明涉及的双亲性无规共聚物具有一定的乳化能力，故以该类聚合物为乳化剂兼包覆材料。将用低沸点有机溶剂分散的油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子体系用双亲性无规共聚物进行乳化，随后用减压蒸发的方法除去有机溶剂。在蒸发过程中，聚合物逐渐替代有机溶剂与磁性纳米粒子直接接触，实现包覆，得到聚合物包覆的磁性纳米粒子。所得产物经水洗涤后，可在磁场诱导下进行自组装，宏观上表现为多种衍射光，表明组装得到光子晶体结构。

一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，步骤为：

（1）双亲性无规共聚物水溶液的制备：将引发剂、疏水性单体和亲水性单体溶于溶剂中，利用溶液自由基聚合法进行聚合；产物沉淀后真空干燥，得到双亲性无规共聚物；将双亲性无规共聚物用碱性水溶液溶解，随后调节pH至中性；

（2）油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子的制备：将三价铁盐和二价铁盐混合，依次加入沉淀剂氨水和修饰剂油酸，加热并通氮气保护，通过化学共沉淀法制备得到油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子；