【摘 要】
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光子晶体材料被广泛应用在传感、防伪、显色以及包装等领域。然而光子晶体复合材料依然存在机械强度弱,柔韧性差,自恢复性能差等问题,并且对于对电/磁、温度等响应的光学传感
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光子晶体材料被广泛应用在传感、防伪、显色以及包装等领域。然而光子晶体复合材料依然存在机械强度弱,柔韧性差,自恢复性能差等问题,并且对于对电/磁、温度等响应的光学传感器,形变结构色改变会对其光学读数产生干扰。针对上述问题,本论文通过分子设计制备兼顾应变与强度、并具有优异自恢复性能的配位弹性体,将该配位弹性体与PS@SiO2光子晶体材料结合,制备出一种不仅具有优异机械性能并且形变结构色稳定的光子晶体-弹性体复合材料。具体工作如下。将大分子链的羟丙基甲基纤维素(HPMC)引入到具有Zn2+配位的聚丙烯酸-丙烯酸羟乙酯双交联网络中制备具有高强度和优异自恢复性的弹性体材料(HA-HPMC-Zn),首先将丙烯酸与丙烯酸羟乙酯共聚形成共价支撑网络结构,然后通过尿素络合反应的发生,使得共价网络中的羧基在原位与Zn2+形成配位网络结构,使得原本疏松的网络结构变得紧凑;与此同时HPMC穿插在双网络结构中,使得弹性体材料的机械性能显著提高,材料的断裂应力达到10 MPa,应变达到560%。而Zn2+配位键的引入则赋予弹性体材料优异的自恢复特性,拉伸应变为20%时,自恢复率达到93%;并在100次循环拉伸和压缩后,自恢复率分别达到了88%和90%。将配位弹性体与PS@SiO2光子晶体结合制成光子晶体-弹性体复合材料(HA-HPMC-Zn PCs),将PS@SiO2微球通过垂直溶剂蒸发法制成光子晶体模板,将制备弹性体的溶液填充到光子晶体缝隙后进行聚合、络合反应实现弹性体与光子晶体的有效结合。制备的复合材料能够兼具Zn2+配位弹性体的机械性能和光子晶体的光学性能,并且其结构色不因形变发生改变,这主要是由于Zn2+的配位使光子晶体无法通过改变晶格间距和折射率进行能量释放;微观层面上,应力由局部形成的裂纹进行释放;宏观层面上,结构色保持不变。同时掺入HPMC提高材料机械性能,其拉伸强度和韧性分别高达10 MPa和11 MJm-3。配位键的引入还赋予材料优异的自恢复性能,应变为40%时恢复前后的最大应力分别为2.5、2.4 MPa。在拉伸,弯曲和压缩100个循环之后,材料未被破坏且结构色保持不变。
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