一种光子晶体水凝胶薄膜及其制备与应用的制作方法

本发明属于光子晶体材料领域，更具体地，涉及一种光子晶体水凝胶薄膜及其制备与应用，该光子晶体水凝胶薄膜裸眼可见、且具有特异性甲醛响应。

背景技术：

光子晶体是具有不同介电常数的介质周期性排列而成的微结构。光子晶体的主要特点是光子禁带，可以选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中；因此具有特定的反射波长，当反射波长处于可见光波段时即呈现裸眼可见的结构色。由于光子晶体的独特光学性质，其在显示、编码、传感、防伪及光纤等领域均具有潜在应用。

甲醛已被广泛应用于纺织、化工、室内装潢等领域，但它是一种典型的室内污染物，而且被世界卫生组织国际癌症研究机构(iarc)分为一级致癌物，研究已充分证明甲醛会引发鼻咽癌、鼻窦癌、肺癌及血癌等。目前，甲醛的检测方法主要有红外光谱法、荧光光谱法、分光光度法、电化学法等。然而，上述方法需要使用昂贵的仪器或操作比较繁琐，限制了这些方法的广泛应用。国际光学工程学会(proc.spie.2014,9141,1-7)报道了一种通过电子束平板印刷的方法制备出甲醛响应性的光子晶体薄膜的方法。该方法是通过气体导致光子晶体薄膜的折射系数变化来进行检测甲醛。然而不同气体的折射系数相差不大，因此该传感材料没有很好的特异性。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种光子晶体水凝胶薄膜及其制备与应用，其中通过对光子晶体水凝胶薄膜中关键的掺杂粒子的种类、尺寸、添加量及其分布方式，以及相应制备方法中关键的流程工艺的整体设计、各个步骤的反应参数条件(包括反应物的种类与配比、反应温度与时间等)进行改进，与现有技术相比能够有效解决甲醛检测昂贵且操作繁琐的问题，为溶液中甲醛的检测提供了新途径，该光子晶体水凝胶薄膜造价低廉，应用于甲醛的裸眼检测时具有操作简单，并且该光子晶体水凝胶薄膜对甲醛具有良好的特异性，检测准确性高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光子晶体水凝胶薄膜，其特征在于，包括聚丙烯酰胺凝胶、以及分布在该聚丙烯酰胺凝胶内的fe3o4@c纳米粒子，其中所述fe3o4@c纳米粒子为fe3o4表面包覆有c材料的纳米粒子，所述fe3o4@c纳米粒子在所述聚丙烯酰胺凝胶中沿某一方向呈链状排列，该fe3o4@c纳米粒子在该光子晶体水凝胶薄膜中的浓度为1～50mg/ml。

作为本发明的进一步优选，所述fe3o4@c纳米粒子的粒径为100～180nm。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种光子晶体水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)光子晶体凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和光引发剂均匀分散于有机溶剂中，得到光子晶体凝胶前驱体悬浮液；其中，每毫升所述光子晶体凝胶前驱体悬浮液中含有所述fe3o4@c纳米粒子1～50mg，所述丙烯酰胺100～1000mg，所述甲叉双丙烯酰胺1～200mg，以及所述光引发剂1～20mg；

(2)光子晶体凝胶复合薄膜的制备：将所述步骤(1)中得到的所述光子晶体凝胶前驱体悬浮液铺成150～450μm厚的均匀薄膜；然后，将该薄膜置于100～1000高斯(gs)的磁场中静置处理；接着，用紫外光照射该薄膜使其中的前驱体固化生成聚丙烯酰胺，从而得到结构固定的光子晶体凝胶复合薄膜；

(3)将所述步骤(2)中得到的所述光子晶体凝胶复合薄膜浸泡在水溶液中，除去所述有机溶剂，使其充分溶胀后即可得到光子晶体水凝胶薄膜。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，所述有机溶剂为乙二醇。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，是将所述光子晶体凝胶前驱体悬浮液铺成300μm厚的均匀薄膜。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，将所述薄膜在所述磁场中静置处理后，该薄膜将显色；优选的，所述薄膜呈蓝色或绿色。

作为本发明的进一步优选，光子晶体水凝胶薄膜的制备方法，还包括所述步骤(1)中所述fe3o4@c纳米粒子的制备步骤：

将二茂铁溶解在丙酮中形成溶液，使该溶液中二茂铁的浓度为5～15mg/ml；接着，向该溶液中加入双氧水得到溶剂热反应前驱液，使该前驱液中双氧水的浓度为0.01～0.1mg/ml；然后，将该前驱液在150～220℃下进行溶剂热反应48～72h；反应结束后，磁分离得到反应产物，然后清洗并干燥即得到所述的fe3o4@c纳米粒子。

按照本发明的又一方面，本发明提供了上述光子晶体水凝胶薄膜的应用，其特征在于，应用于裸眼检测。

作为本发明的进一步优选，所述裸眼检测为针对溶液中醛类物质的裸眼检测；

优选的，所述醛类物质包括甲醛、乙醛、以及丙醛中的至少一种；

优选的，所述光子晶体水凝胶薄膜对甲醛浓度范围为0.003～0.3mol/l的含有甲醛的溶液具有响应。

作为本发明的进一步优选，所述裸眼检测是在碱性环境下进行的；优选的，所述碱性环境具体为浓度1～20mg/ml的na2co3水溶液。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的水凝胶光子晶体薄膜在碱性溶液中能与甲醛反应，只需观察薄膜的结构色，就能检测出溶液中甲醛的含量，适宜于裸眼检测，因此该薄膜具有溶液中甲醛的响应性。

(2)本发明提供的水凝胶光子晶体薄膜具有简单、经济、特异性检测、稳定性高等优点。

(3)本发明提供的水凝胶光子晶体薄膜，其制备时间短，整个过程仅需25分钟左右，质量稳定，适于大规模制备。

本发明通过将fe3o4@c纳米粒子和凝胶单体结合，形成掺杂fe3o4@c纳米粒子呈一维有序结构的光子晶体薄膜，利用fe3o4@c纳米粒子与基体聚丙烯酰胺凝胶的整体配合，使得该光子晶体水凝胶薄膜对醛类物质具有良好的响应，尤其对甲醛具有特异性响应。fe3o4@c纳米粒子在基体聚丙烯酰胺凝胶中沿某一方向呈链状排列(例如，制备过程中施加的磁场方向可以垂直于薄膜表面，生成的纳米粒子链其链的方向也将与薄膜表面相垂直)，纳米粒子链的排列方向可根据需要灵活调整，可通过控制制备过程中施加磁场的方向灵活控制。

本发明还通过调控光子晶体水凝胶薄膜中纳米粒子粒径、单体含量以及交联度(如制备过程中甲叉双丙烯酰胺的添加比例等)，进一步强化了该光子晶体水凝胶薄膜对溶液中醛类物质浓度的响应特性，尤其是强化了对甲醛的特异性响应。本发明尤其通过对光子晶体水凝胶薄膜中酰胺基团的含量进行优化，增加薄膜中与甲醛反应的位点，扩展了甲醛溶液响应浓度范围。本发明尤其通过调控fe3o4@c纳米粒子的含量与尺寸，将fe3o4@c纳米粒子在光子晶体水凝胶薄膜整体中的浓度为1～50mg/ml，并将fe3o4@c纳米粒子整体粒径控制为100～180nm，随着纳米粒子的粒间距变化，裸眼观察到的颜色变化范围也将发生改变。当本发明中的光子晶体水凝胶薄膜与甲醛接触时，丙烯酰胺中的酰胺基团将与甲醛发生化学反应，从而使得凝胶的极性改变，凝胶发生溶胀，从而使得肉眼观察到的颜色发生改变。

本发明利用100～1000高斯的磁场对fe3o4@c纳米粒子进行处理，磁响应性快速、高效，fe3o4@c纳米粒子组装速度快，fe3o4@c纳米粒子从无序态堆积变成有序的一维链状耗时短。制得的光子晶体水凝胶薄膜这种聚丙烯酰胺基水凝胶可以在碳酸钠水溶液中与甲醛进行反应，使凝胶的极性增加，由此凝胶的体积发生膨胀，水凝胶的结构色随之发生红移。因此，该凝胶薄膜可用于溶液中甲醛浓度的检测(尤其可在碱性条件下检测溶液中甲醛的浓度)。制备的薄膜对甲醛溶液具有响应性，制备所需时间短，能用于甲醛的裸眼检测。

本发明中光子晶体水凝胶薄膜的制备方法，是在磁场作用下通过原位光聚合的方法将一维fe3o4@c纳米粒子固定在凝胶中，通过控制制备方法整体流程工艺、以及各个步骤的反应参数条件(包括反应物的种类与配比、反应温度与时间等)，可对光子晶体水凝胶薄膜产物中fe3o4@c纳米粒子的添加量、及其周期性排布进行有效控制，从而最终获得裸眼可见、且具有特异性甲醛响应的光子晶体水凝胶薄膜。

附图说明

图1是实施例1中制备凝胶光子晶体膜的示意图。

图2a是实施例1中水凝胶光子晶体薄膜分别放在含有葡萄糖、乙酸钠、尿素、聚乙烯醇、赖氨酸和吡啶的碳酸钠(6mg/ml)水溶液中2小时后的反射光谱图；图2b是实施例1中水凝胶光子晶体薄膜放在纯碳酸钠(6mg/ml)水溶液中2小时后的反射光谱图。

图3是实施例1中的光子晶体水凝胶薄膜分别在甲醛浓度为0.3mol/l(对应图3a)、0.03mol/l(对应图3b)和0.003mol/l(对应图3c)的碳酸钠(6mg/ml)的水溶液中浸泡2小时前后的反射光谱图。

图4是实施例1中水凝胶光子晶体薄膜分别在含有乙醛浓度为0.3mol/l(对应图4a)或含有丙醛浓度为0.3mol/l(对应图4b)的碳酸钠水溶液(6mg/ml)中浸泡2小时前后的反射光谱图。

图5是实施例2中光子晶体水凝胶薄膜分别在甲醛浓度为0.3mol/l(对应图5a)、0.1mol/l(对应图5b)、0.03mol/l(对应图5c)和0.01mol/l(对应图5d)的碳酸钠(6mg/ml)的水溶液中浸泡2小时前后的反射光谱图。

图6是实施例3中光子晶体水凝胶薄膜分别在甲醛浓度为0.3mol/l(对应图6a)、0.1mol/l(对应图6b)、0.03mol/l(对应图6c)和0.01mol/l(对应图6d)的碳酸钠(6mg/ml)的水溶液中浸泡2小时前后的反射光谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的水凝胶光子晶体薄膜，是由fe3o4@c纳米粒子和聚丙酰胺水凝胶组成，所述的fe3o4@c纳米粒子均匀分散在聚丙烯酰胺凝胶中，呈一维链状排列(即沿某一方向的链状排列，各个链之间可相互独立，如图1所示)，纳米粒子在单体悬浮液中的浓度为1～50mg/ml。所述水凝胶光子晶体膜的甲醛溶液响应范围为0.003～0.3mol/l。

本发明提供的水凝胶光子晶体薄膜的颜色鲜艳，其具有单一的结构色，在甲醛溶液刺激下的颜色变化发生红移从蓝色(或绿色)变为绿色(或红色)，适宜于裸眼检测。所述的光子晶体薄膜，可通过聚丙烯酰胺在碱性溶液中特异性地与甲醛反应实现甲醛检测，最低检测浓度可达0.003mol/l。

本发明提供的光子晶体水凝胶薄膜，其制备方法，包括以下步骤：

(1)光子晶体水凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂均匀分散于有机溶剂中，得到光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液；每毫升光子晶体水凝胶前驱体中含有fe3o4@c纳米粒子1～50mg，丙烯酰胺100～1000mg，甲叉双丙烯酰胺1～200mg和光引发剂1～20mg；所述有机溶剂为乙二醇，其作用是防止fe3o4@c纳米粒子在磁场下发生分离。

所述fe3o4@c纳米粒子按如下方法制备：将二茂铁溶解在丙酮中，得到溶液，溶液浓度在5～15mg/ml之间；可常温下加入双氧水得到前驱液，使该前驱液中双氧水浓度在0.01～0.1mg/ml之间，在150～220℃下进行溶剂热反应48～72h；反应完全后，磁分离清洗样品，真空干燥后得到所述的fe3o4@c纳米粒子。

fe3o4@c纳米粒子整体粒径为100～180nm，核心fe3o4与壳层c材料层各自的粒径及厚度大小可灵活调整。

(2)固化光子晶体薄膜的制备：将步骤(1)中的光子晶体水凝胶前驱体溶液铺成150～450μm厚的均匀薄膜；将其置于100～1000gs的磁场中，该薄膜随即显色，显色速度快；紫外光固化得到结构固定的具有结构色的光子晶体水凝胶薄膜，其中，固化的光子晶体水凝胶薄膜的主要成分为聚丙烯酰胺；

在进行紫外光固化的同时，需同时施加磁场，从而使得光子晶体水凝胶薄膜中的fe3o4@c纳米粒子在磁场的作用下呈链状规整排列；

(3)将步骤(2)中得到的固化光子晶体水凝胶薄膜浸泡在水溶液中，除掉有机溶剂，使其充分溶胀，即可得到所需的光子晶体水凝胶薄膜。

其中，薄膜厚度优选为300μm。

本发明提供的光子晶体薄膜的响应过程如下：

水凝胶光子晶体膜中的聚丙烯酰胺可以与甲醛溶液在碱性条件下反应，酰胺键与甲醛进行反应，使得凝胶极性增加。

其中，甲醛溶液响应的碱性条件优选为1～20mg/ml的na2co3水溶液，更优选为6mg/ml。

其中，水凝胶光子晶体膜与甲醛反应的时间为2h。

按照该方法能快速地制备所述光子晶体薄膜，整个流程仅需25分钟左右，适用于工业大规模制备。

本发明提供的光子晶体薄膜可应用于裸眼检测，尤其是甲醛溶液裸眼检测，薄膜呈蓝色，随着甲醛溶液的加入，反射光谱发生红移，呈现出裸眼可见的颜色变化。光子晶体水凝胶薄膜具有良好的光学性质，也从侧面验证了该光子晶体水凝胶薄膜中的fe3o4@c纳米粒子具有良好的周期性排布。

以下为具体实施例：

实施例1

本实施例中的光子晶体薄膜，按照如下方法制备：

(1)所述fe3o4@c纳米粒子按如下方法制备：将0.45g二茂铁溶解在40ml丙酮中，得到均匀溶解的溶液，常温下加入双氧水，双氧水体积为1.3ml(使得前驱液中双氧水的浓度为1.15mol/l)，在180℃下反应72h，反应完全后，磁分离然后用丙酮清洗样品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c纳米粒子。

光子晶体水凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂超声均匀分散于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c纳米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉双丙烯酰胺25mg和光引发剂5mg。

(2)固化光子晶体薄膜的制备：将步骤(1)中的光子晶体水凝胶前驱体溶液铺成300μm厚度均匀的薄膜；将其置于200gs的磁场中显色；紫外光固化得到结构固定的具有结构色的光子晶体水凝胶薄膜，其中，固化的光子晶体水凝胶薄膜的主要成分为聚丙烯酰胺；所述紫外光波长为365nm。

(3)将步骤(2)中得到的固化光子晶体水凝胶薄膜浸泡在水溶液中，除掉有机溶剂，使其充分溶胀，即可得到所需的光子晶体水凝胶薄膜。

制得的光子晶体薄膜，包括fe3o4纳米粒子和聚丙烯酰胺水凝胶，所述fe3o4纳米粒子均匀分散于聚丙烯酰胺水凝胶中，浓度为5mg/ml，所述fe3o4纳米粒子呈一维链状排列，所述光子晶体薄膜具有很好的稳定性，如图2a、图2b所示；所述光子晶体薄膜的甲醛溶液响应范围为0.003～0.3mol/l，如图3；所述光子晶体薄膜，呈现蓝色，随着甲醛含量的增加而逐渐变成绿色，呈现出裸眼可见的颜色变化，便于裸眼检测；当醛类物质在溶液中的浓度相同时，所述光子晶体薄膜在不同种类的醛类物质溶液中表现出不同的红移程度，可用于甲醛溶液的特异性检测，如图4。所述光子晶体薄膜其甲醛特异性响应的主要原因是丙烯酰胺中的酰胺基团能与甲醛发生化学反应，从而改变凝胶的极性，凝胶发生溶胀，最终使肉眼观察到的颜色发生改变，而光子晶体凝胶膜在与不同醛类物质(如甲醛、乙醛、丙醛等)反应时的，极性改变的程度不一样，因此凝胶膜发生溶胀的程度也不一样，红移现象也不相同，从而可以实现对于不同醛类物质的特异性响应性。

实施例2

本实施例中的光子晶体薄膜，按照如下方法制备：

(1)所述fe3o4@c纳米粒子按如下方法制备：将0.6g二茂铁溶解在60ml丙酮中，得到均匀溶解的溶液，常温下加入双氧水，双氧水体积为4ml，在210℃下反应72h，反应完全后，磁分离用丙酮清洗样品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c纳米粒子。

光子晶体水凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂超声均匀分散于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c纳米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉双丙烯酰胺30mg和光引发剂5mg。

(2)固化光子晶体薄膜的制备：将步骤(1)中的光子晶体水凝胶前驱体溶液铺成300μm厚度均匀的薄膜；将其置于200gs的磁场中显色；紫外光固化得到结构固定的具有结构色的光子晶体水凝胶薄膜，其中，固化的光子晶体水凝胶薄膜的主要成分为聚丙烯酰胺；所述紫外光波长为365nm。

(3)将步骤(2)中得到的固化光子晶体水凝胶薄膜浸泡在水溶液中，除掉有机溶剂，使其充分溶胀，即可得到所需的光子晶体水凝胶薄膜。

制得的光子晶体薄膜，包括fe3o4纳米粒子和聚丙烯酰胺水凝胶，所述fe3o4纳米粒子均匀分散于聚丙烯酰胺水凝胶中，浓度为5mg/ml，所述fe3o4纳米粒子呈一维链状排列，所述光子晶体薄膜具有很好的稳定性；所述光子晶体薄膜的甲醛溶液响应范围为0.01～0.3mol/l，如图5；所述光子晶体薄膜，呈现绿色，随着甲醛含量的增加而逐渐变成红色，呈现出裸眼可见的颜色变化，便于裸眼检测；所述光子晶体薄膜在不同的醛溶液中表现出不同的红移程度，可用于甲醛溶液的特异性检测。

实施例3

本实施例中的光子晶体薄膜，按照如下方法制备：

(1)所述fe3o4@c纳米粒子按如下方法制备：将0.6g二茂铁溶解在60ml丙酮中，得到均匀溶解的溶液，常温下加入双氧水，双氧水体积为2ml，在180℃下反应72h，反应完全后，磁分离用丙酮清洗样品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c纳米粒子。

光子晶体水凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂超声均匀分散于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c纳米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉双丙烯酰胺22.5mg和光引发剂5mg。

(2)固化光子晶体薄膜的制备：将步骤(1)中的光子晶体水凝胶前驱体溶液铺成300μm厚度均匀的薄膜；将其置于200gs的磁场中显色；紫外光固化得到结构固定的具有结构色的光子晶体水凝胶薄膜，其中，固化的光子晶体水凝胶薄膜的主要成分为聚丙烯酰胺；所述紫外光波长为365nm。

(3)将步骤(2)中得到的固化光子晶体水凝胶薄膜浸泡在水溶液中，除掉有机溶剂，使其充分溶胀，即可得到所需的光子晶体水凝胶薄膜。

制得的光子晶体薄膜，包括fe3o4纳米粒子和聚丙烯酰胺水凝胶，所述fe3o4纳米粒子均匀分散于聚丙烯酰胺水凝胶中，浓度为5mg/ml，所述fe3o4纳米粒子呈一维链状排列，所述光子晶体薄膜具有很好的稳定性；所述光子晶体薄膜的甲醛溶液响应范围为0.01～0.3mol/l，如图6；所述光子晶体薄膜，呈现绿色，随着甲醛含量的增加而逐渐变成橙色，呈现出裸眼可见的颜色变化，便于裸眼检测；所述光子晶体薄膜在不同的醛溶液中表现出不同的红移程度，可用于甲醛溶液的特异性检测。

实施例4

本实施例中的光子晶体薄膜，按照如下方法制备：

(1)所述fe3o4@c纳米粒子按如下方法制备：将0.4g二茂铁溶解在40ml丙酮中，得到均匀溶解的溶液，常温下加入双氧水，双氧水体积为2ml，在180℃下反应72h，反应完全后，磁分离用丙酮清洗样品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c纳米粒子。

光子晶体水凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂超声均匀分散于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c纳米粒子5mg，丙烯酰胺400mg，甲叉双丙烯酰胺30mg和光引发剂4mg。

(2)固化光子晶体薄膜的制备：将步骤(1)中的光子晶体水凝胶前驱体溶液铺成300μm厚度均匀的薄膜；将其置于300gs的磁场中显色；紫外光固化得到结构固定的具有结构色的光子晶体水凝胶薄膜，其中，固化的光子晶体水凝胶薄膜的主要成分为聚丙烯酰胺；所述紫外光波长为365nm。

(3)将步骤(2)中得到的固化光子晶体水凝胶薄膜浸泡在水溶液中，除掉有机溶剂，使其充分溶胀，即可得到所需的光子晶体水凝胶薄膜。

制得的光子晶体薄膜，包括fe3o4纳米粒子和聚丙烯酰胺水凝胶，所述fe3o4纳米粒子均匀分散于聚丙烯酰胺水凝胶中，浓度为5mg/ml，所述fe3o4纳米粒子呈一维链状排列，所述光子晶体薄膜具有很好的稳定性；所述光子晶体薄膜的甲醛溶液响应范围为0.01～0.3mol/l；所述光子晶体薄膜，呈现蓝色，随着甲醛含量的增加而逐渐变成绿色，呈现出裸眼可见的颜色变化，便于裸眼检测；所述光子晶体薄膜在不同的醛溶液中表现出不同的红移程度，可用于甲醛溶液的特异性检测。

实施例5

本实施例中的光子晶体薄膜，按照如下方法制备：

(1)所述fe3o4@c纳米粒子按如下方法制备：将0.65g二茂铁溶解在65ml丙酮中，得到均匀溶解的溶液，常温下加入双氧水，双氧水体积为2.2ml，在180℃下反应72h，反应完全后，磁分离用丙酮清洗样品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c纳米粒子。

光子晶体水凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂超声均匀分散于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c纳米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉双丙烯酰胺25mg和光引发剂5mg。

(2)固化光子晶体薄膜的制备：将步骤(1)中的光子晶体水凝胶前驱体溶液铺成300μm厚度均匀的薄膜；将其置于200gs的磁场中显色；紫外光固化得到结构固定的具有结构色的光子晶体水凝胶薄膜，其中，固化的光子晶体水凝胶薄膜的主要成分为聚丙烯酰胺；所述紫外光波长为365nm。

(3)将步骤(2)中得到的固化光子晶体水凝胶薄膜浸泡在水溶液中，除掉有机溶剂，使其充分溶胀，即可得到所需的光子晶体水凝胶薄膜。

制得的光子晶体薄膜，包括fe3o4纳米粒子和聚丙烯酰胺水凝胶，所述fe3o4纳米粒子均匀分散于聚丙烯酰胺水凝胶中，浓度为5mg/ml，所述fe3o4纳米粒子呈一维链状排列，所述光子晶体薄膜具有很好的稳定性；所述光子晶体薄膜的甲醛溶液响应范围为0.003～0.3mol/l；所述光子晶体薄膜，呈现蓝色，随着甲醛含量的增加而逐渐变成绿色，呈现出裸眼可见的颜色变化，便于裸眼检测；所述光子晶体薄膜在不同的醛溶液中表现出不同的红移程度，可用于甲醛溶液的特异性检测。

实施例6

本实施例中的光子晶体薄膜，按照如下方法制备：

(1)所述fe3o4@c纳米粒子按如下方法制备：将0.45g二茂铁溶解在40ml丙酮中，得到均匀溶解的溶液，常温下加入双氧水，双氧水体积为1.3ml，在180℃下反应72h，反应完全后，磁分离用丙酮清洗样品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c纳米粒子。

光子晶体水凝胶前驱体溶液的制备：将fe3o4@c纳米粒子、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂超声均匀分散于乙二醇中，得到光子晶体水凝胶前驱体的悬浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c纳米粒子5mg，丙烯酰胺600mg，甲叉双丙烯酰胺24mg和光引发剂5mg。

(2)固化光子晶体薄膜的制备：将步骤(1)中的光子晶体水凝胶前驱体溶液铺成300μm厚度均匀的薄膜；将其置于200gs的磁场中显色；紫外光固化得到结构固定的具有结构色的光子晶体水凝胶薄膜，其中，固化的光子晶体水凝胶薄膜的主要成分为聚丙烯酰胺；所述紫外光波长为365nm。

(3)将步骤(2)中得到的固化光子晶体水凝胶薄膜浸泡在水溶液中，除掉有机溶剂，使其充分溶胀，即可得到所需的光子晶体水凝胶薄膜。

制得的光子晶体薄膜，包括fe3o4纳米粒子和聚丙烯酰胺水凝胶，所述fe3o4纳米粒子均匀分散于聚丙烯酰胺水凝胶中，浓度为5mg/ml，所述fe3o4纳米粒子呈一维链状排列，所述光子晶体薄膜具有很好的稳定性；所述光子晶体薄膜的甲醛溶液响应范围为0.01～0.3mol/l；所述光子晶体薄膜，呈现蓝色，随着甲醛含量的增加而逐渐变成绿色，呈现出裸眼可见的颜色变化，便于裸眼检测；所述光子晶体薄膜在不同的醛溶液中表现出不同的红移程度，可用于甲醛溶液的特异性检测。

本发明中光子晶体水凝胶薄膜的厚度也会影响光子晶体薄膜的检测特性(如甲醛溶液检测的浓度响应范围等)，本发明中的光子晶体凝胶复合薄膜优选是将光子晶体凝胶前驱体悬浮液铺成150～450μm厚的均匀薄膜(优选为300μm厚的均匀薄膜)，相应得到的光子晶体水凝胶薄膜可对甲醛浓度范围为0.003～0.3mol/l的含有甲醛的溶液具有响应；在实际运用时，根据实际需要，灵活调整光子晶体凝胶复合薄膜的厚度。本发明中光子晶体水凝胶薄膜可应用于溶液中各种醛类物质的裸眼检测，如甲醛、乙醛、丙醛等，并且甲醛检测现象可以与乙醛、丙醛等其他醛类物质的检测现象区分开来，实现针对甲醛溶液的特异性检测。

本发明中制备聚丙烯酰胺所采用的光引发剂其具体种类可参考现有技术，例如可采用2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮；在制备聚丙烯酰胺的光固化反应中，还可引入交联剂，所采用的交联剂其具体种类也可参考现有技术，例如可采用甲叉双丙烯酰胺。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。