光子晶体的制备及在传感器中的应用

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光子晶体是一种新兴的功能材料,通过对光波的调制,光子晶体的光学禁带处于可见光波段,从而它的结构色能够被人眼观测到。当光子晶体与响应性材料结合后,在外界物理、化学刺激等的作用下会出现结构色的改变,这一特性使其广泛地应用于传感器中。本文分别制备了三种不同的响应性光子晶体,以拓展其在传感器中的应用。我们利用种子法制备了单分散的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体小球,并通过尖端导流法,使其在空气和水的界面处进行自组装,形成二维单层有序胶体阵列。我们进而将其应用于对内分泌干扰物对硝基酚(p-NP)的检测。实验结果表明,固载后的二维胶体阵列对p-NP的响应较弱。我们将三维PMMA胶体阵列模板包埋在可生物降解的纤维素中,制备了蛋白石型纤维素光子晶体膜,并将其用于对挥发性有机物的检测中。实验结果表明,该纤维素光子晶体膜对乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇的液态、饱和蒸汽压下的气氛以及低浓度气氛有不同的响应,并且它的结构色由最初的蓝色变为绿色,为裸眼检测奠定了基础。而对于甲醛气体,当它的浓度为200ppm时,纤维素光子晶体膜的响应较弱;对于液态甲苯和丙酮,纤维素光子晶体膜的结构色由蓝色变为无色。与此同时,我们初步探索了反蛋白石型纤维素光子晶体膜的制备。当以三维PMMA胶体阵列为模板时,丙酮、甲苯、氯仿以及氯仿与丙酮的混合溶剂(V/V,2/1)等无法将PMMA胶体小球完全刻蚀,导致形成的反蛋白石型光子晶体膜的反射峰强度很弱,还需要进一步的优化和研究。我们将光子晶体与纳米复合凝胶结合,分别制备了对拉力有响应的二维、三维纳米复合光子凝胶。随着拉力的增大,三维光子凝胶的结构色由原来的蓝色逐渐变成黄绿色、淡红色,覆盖了整个可见光范围;二维光子凝胶的德拜衍射环发生变形,由原来的圆变为椭圆,当施加的拉力足够大时,变成两条近似的平行线。
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