一種導電光子晶體水凝膠的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于響應性光子晶體材料的制備領域，特別涉及一種導電光子晶體水凝膠的制備方法。
【背景技術】
[0002]光子晶體(Photonic CrystaI，PC)是一種擁有特殊的周期結構，能對光子傳播進行調控的一種材料。1987年，E.Yabno1vitch和S.John分別在Physical review letters上提出了光子晶體的概念，在過去的二十年里，很多方法已經被發展成為構建不同尺度范圍內的光子晶體。比較經典的一些方法包括層層自組裝技術，電化學刻蝕技術，激光束掃描化學氣相沉積技術以及全息光刻技術。隨著對光子晶體研究的深入，研究者逐漸對外界具有響應性的光子晶體材料產生了濃厚的興趣。通過將一些功能聚合物與光子晶體結構復合，制備得到了對外界刺激(如溫度、離子、溶劑、機械力等)具有響應性的光子晶體結構。這些響應型光子晶體材料在顏色顯示、生物或者化學傳感器，油墨和顏料以及一些光學敏感性器件上扮演著越來越重要的角色。
[0003]近年來，在響應性光子晶體材料的制備領域，國內外的研究者一直在不斷探索:例如Asher等利用溫敏性的N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)用于制備對溫度具有響應性的光子晶體，在此工作基礎上，許多研究者利用這種方法制備了對多種外界刺激具有響應性的光子晶體結構。Takeoka和Watanabe在Asher等的工作基礎上，進一步深入研究了熱響應性聚合物薄膜的合成方法，他們利用預先組裝好二氧化硅膠體晶體為模板，制備了多孔的水凝膠，然后利用氫氟酸(HF)將二氧化硅膠體微球刻蝕，在沒有二氧化硅微球的情況下，這種水凝膠仍然對溫度的改變具有可逆的光學響應。通過水凝膠在不同溫度下的顯色，我們可以通過顏色來確定溫度的高低。Fudouzi和Sawada等通過將聚苯乙稀(PS)膠體晶體結構嵌入到一層非常薄的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上的方法制備了一種顏色可以發生可逆調節的彈性硅膠片，當這種薄片在水平方向上被拉伸時，其垂直方向上的距離就會減小，這就導致了其(111)晶面的晶面間距減小，同時衍射峰發生藍移，我們可以通過顏色的變化來確定這種薄膜所受外力的大小。除此之外，響應性光子晶體材料還能夠實現對離子、化學物質、磁場等外界刺激實現響應。這些響應性材料雖然在顯示、檢測等領域有著廣闊的發展前景，但是很難實現對這些外界刺激的精確檢測。其主要原因之一是通過顏色來對這些外界刺激進行監測存在較大誤差。由于電信號相對于光信號更容易檢測，因此，將這些光信號轉換成電信號將是十分有效的方法。而傳統的響應性光子晶體幾乎都不具備導電性，導電性光子材料的制備具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種導電光子晶體水凝膠的制備方法，本發明方法簡單易行，對導電光子晶體水凝膠的制備具有重要的價值。
[0005]本發明的一種導電光子晶體水凝膠的制備方法，包括:
[0006](I)將N-異丙基丙烯酰胺，N-N-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸溶于超純水中，得到反應液，然后在攪拌、冷凝回流、氬氣保護條件下，加熱至60-80°C并保持15-45min，然后再加入過硫酸鉀溶液反應4-6h，得到乳液，然后在氬氣保護下冷卻至室溫，離心，得到PNIPAM-Co-AAc膠體微球，然后再分散在超純水中，得到膠體微球分散液；
[0007](2)將膠體微球分散液與聚(3，4_乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸PEDOT/PSS的水分散液混勻，然后進行自組裝，即得導電光子水凝膠。
[0008]所述步驟(I)中反應液中N-異丙基丙烯酰胺、N-N-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸、超純水的比例為:1.0-3.0g:0.01-0.03g:0.2-0.5g:120-160mL。
[0009]所述步驟(I)中過硫酸鉀溶液的質量百分濃度為5%-10%。
[0010]所述步驟(I)中過硫酸鉀溶液和反應液的體積比為8-12mL: 120-160mL。
[0011 ] 所述步驟(I)中離心溫度為25-35°C，離心速率為8000-1 lOOOrpm。
[0012]所述步驟(I)中膠體微球分散液的質量百分濃度為45-75%。
[0013]所述步驟(2)中膠體微球分散液、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸PEDOT/PSS的水分散液的體積比為2:1-5: 6。
[0014]所述步驟(2)中聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT/PSS的水分散液的質量百分濃度為30-50 %。
[0015]所述步驟(2)中混勻為:在35_45°C條件下混合后磁力攪拌混勻。
[0016]所述步驟(2)中自組裝為:在溫度為25_33°C，保持3_5h。
[0017]本發明通過將N-異丙基丙烯酰胺，N-N-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酸分散至水中，然后再將其轉移至到三口燒瓶中，調節溫度，在氬氣氣氛保護下反應得到PNIPAM-Co-AAcm米球，并將其分散到水中；最后將不同質量分數的膠體微球乳液與不同質量濃度的PEDOT/PSS分散液在一定溫度下進行混合并使其進行自組裝，得到了一種具有導電性的光子晶體水凝膠。
[0018]有益效果
[0019](I)本發明方法簡單易行，對導電光子晶體水凝膠的制備具有重要的價值；
[0020](2)本發明制備的導電光子晶體水凝膠，是基于光子晶體結構改變而使其導電性發生改變，并且該過程可逆；
[0021](3)本發明制備的導電光子晶體水凝膠，可以根據其不同的結構而對外顯示不同的電信號，在溫度、氣氛檢測等領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1實施例1的PNIPAM-Co-AAc膠體微球的SEM圖片；
[0023]圖2實施例1制備的導電光子晶體水凝膠在不同溫度下的數碼照片，其中(a)為水凝膠在25°C下將試劑瓶翻轉后的數碼照片，此時導電光子晶體水凝膠為凝膠態，(b)為水凝膠在35°C下的數碼照片，此時導電光子晶體水凝膠為溶膠態；
[0024]圖3實施例2所制備的PNIPAM-Co-AAc:PED0T/PSS導電光子晶體水凝膠的紅外光譜圖；
[0025]圖4實施例2的導電光子晶體水凝膠電阻隨溫度的變化；
[0026]圖5實施例3導電光子晶體水凝膠經冷凍干燥后的SEM圖；
[0027]圖6實施例3導電光子晶體水凝膠對溫度刺激的響應性，其中插圖為水凝膠在溫度刺激下的電阻變化的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0029]實施例1
[0030]在室溫下，稱量1.0g N-異丙基丙烯酰胺，0.0 Ig N-N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.2g丙烯酸，置于燒杯中，加入120mL超純水。在攪拌速度為300rpm下磁力攪拌30分鐘使反應物充分溶解并將其轉移到250m