SiO2/PNIPAm复合微凝胶的制备及其自组装行为研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guokaiyan
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光子晶体是由不同折射率介质周期性排列形成的人工微结构,这种高度有序的结构使得光波在晶体中传输时,会受到光子带隙的调制,当光子能量与光子带隙重叠时,光子在其中的传输便会受到阻碍。基于这一原理,可以将刺激响应材料与光子晶体相结合,制备出具有刺激响应性的光子晶体,该晶体能够将电信号,压力信号等转化为可见的光信号,极大的拓展了光子胶体晶体在传感和检测方面的应用范围。在本次研究中基于具有温度刺激响应的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm),围绕光子晶体的性能和应用展开了研究,论文的具体内容如下:(1)首先合成了掺杂不同有机染料(罗丹明B(RhB)、异硫氰酸荧光素(FITC)、阳离子荧光黄(X-10GFF))的SiO2核,再通过自由基聚合制备了掺杂有机染料的SiO2/PNIPAm复合微凝胶,并进一步通过离心法组装成胶体晶体。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、激光粒度分析仪(DLS)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)以及热重分析仪(TG)对复合微凝胶的微观结构进行表征;此外,通过紫外可见分光光度计(UV-Vis)和荧光分光光度计(PL)研究了微凝胶自组装影响因素以及胶体晶体对于有机染料荧光发射的操纵。结果表明,由于复合微凝胶的PNIPAm壳层具有的柔软和温敏特性,胶体晶体的光子带隙能够通过复合微凝胶的浓度或者是环境温度改变实现连续性的调节,当有机染料的荧光发射峰与光子带隙重叠时,胶体晶体能够对有机染料的荧光发射起到显著的增强作用。(2)以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸(AA)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为单体分别合成两种尺寸相近的微凝胶,即PNIPAm微凝胶与经HEMA修饰的聚(N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸)(P(NIPAm-AA))微凝胶;通过微凝胶自组装,制备PNIPAm微凝胶掺杂的P(NIPAm-AA)微凝胶胶体晶体,再采用原位自由基光聚合对获得的胶体晶体进行交联,从而使其有序结构予以固定。通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)和激光粒度分析仪(DLS)对微凝胶化学的组成以及微结构进行了表征;此外,利用原子力显微镜(AFM)以及紫外可见分光光度计(UV-Vis)对胶体晶体的结构以及相应性能进行表征。结果表明,由于两种微凝胶对于外部刺激响应存在差异,因此能够通过调节温度、pH值或钠离子浓度,方便地实现胶体晶体内部缺陷的诱导与消除,且该过程具有可逆性。
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