(HMPP)，一缩二乙二醇和水组成溶液中，AM单体的浓度为0.207mmol/ml, AA单体的浓度为0.138mmol/ml, EGDMA和HMPP的量均为AM与AA单体摩尔总量的2%，单分散超顺磁纳米粒子的浓度为0.6mg/ml，一缩二乙二醇和水的体积比为4:3。
[0045](2)将混合液置于150Gs的外加磁场下，磁化Imin后保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合5min后制备得到柔性光子链。反应完后用乙醇清洗、离心分离2?3次，最终产物分散在乙醇中。所得产物的扫描电镜图如图7所示。从图中可以看出，所得产物呈链状结构，链长为20?30 μ m。
[0046]实施例3
[0047](I)将超顺磁四氧化三铁纳米粒子分散到由丙烯酸(AA)，交联剂甲叉双丙烯酰胺(BIS)，引发剂过硫酸铵(APS)，乙二醇和水组成的溶液中，AA单体的浓度为0.414mmol/ml,BIS和APS均为AA单体摩尔量的2 %，单分散超顺磁纳米粒子混合液中的浓度为0.6mg/ml，乙二醇和水的体积比为5:2。
[0048](2)将混合液置于150Gs的外加磁场下，磁化Imin后保持磁场不变在45°C下反应5min后制备得到柔性光子链。反应完后用乙醇清洗、离心分离2?3次，最终产物分散在乙醇中。根据图8本实施例产物的扫描电镜图可见，单分散超顺磁纳米粒子形成的链状结构被固定在柔性的聚合物中形成了一维柔性纳米链。
[0049]实施例4
[0050](I)将超顺磁纳米粒子分散到由N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，聚丙烯酸(PAA)，交联剂甲叉双丙烯酰胺(BIS)，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(HMPP)，乙二醇和水组成溶液中，NIPAM单体的浓度为0.207mmol/ml，PAA的浓度为0.005mmol/ml, BIS和HMPP的量均为NIPAM单体摩尔量的2 %，单分散超顺磁纳米粒子混合液中的浓度为0.6mg/ml，乙二醇和水的体积比为1:4。
[0051](2)将混合液置于150Gs的外加磁场下，磁化Imin后保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合5min后制备得到柔性光子链。反应完后用乙醇清洗，离心分离2?3次，最终产物分散在乙醇中。由图9中产物的扫描电镜图可见，单分散超顺磁纳米粒子形成的链状结构被包覆在聚合物中形成了“豆荚”状结构。其衍射峰强度随磁场强度的变化如图10所示，从图中可知，该光子链在几个高斯的磁场下就有强度约为5%的衍射峰，且随着磁场强度的增加，衍射强度逐渐增加，表明该柔性光子纳米链具有高磁敏感性。
[0052]实施例5
[0053](I)将超顺磁纳米粒子分散到由甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，丙烯酸(AA)，交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(HMPP)，乙二醇和水组成的溶液中，HEMA单体的浓度为0.207mmol/ml, AA单体的摩尔量为0.483mmol/ml,EGDMA和HMPP的量均为HEMA与AA摩尔总量的4%。超顺磁纳米粒子在混合溶液中的浓度为1.2mg/ml,乙二醇和水的体积比为5:2。
[0054](2)将混合液置于150Gs的外加磁场下，磁化Imin后保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合5min后制备得到柔性光子链，反应完后用乙醇清洗，离心分离2?3次，最终产物分散在乙醇中，由产物的扫描电镜图11可知，单分散超顺磁纳米粒子形成的光子链固定在聚合物中，聚合物包覆层厚度约为20nm。其余条件不变，仅将实施例5(1)中HEMA和AA单体浓度均变为0.345mmol/ml，则所得产物的扫描电镜图如图12所示，也得到了包覆较好的链状结构，表明改变单体配比，能够得到目标产物。
[0055]实施例6
[0056](I)将超顺磁纳米粒子分散到由N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，聚丙烯酸(PAA)，交联剂甲叉双丙烯酰胺(BIS)，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(HMPP)，乙二醇和水组成的溶液中，NIPAM单体的浓度为0.207mmol/ml，PAA的浓度为0.005mmol/ml, BIS和HMPP的量均为NIPAM单体摩尔量的2 %，单分散超顺磁纳米粒子混合液中的浓度为0.6mg/ml，乙二醇和水的体积比为5:2。
[0057](2)将混合液分别置于200、400Gs的外加磁场下，磁化Imin后保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合5min后制备得到柔性光子链。反应完后用乙醇清洗，离心分离2?3次，最终产物分散在乙醇中。所得产物的扫描电镜图如图13和图14所示，两图对比可知随着磁场强度的增加，所得光子链中相邻粒子间的间距逐渐减小。
[0058]实施例7
[0059]将上述实施例1中所得产物分散在水溶液中，改变溶液pH值，链的反射峰位随之发生移动，如图15所示。上述实施例2中所得产物分散在水溶液中，然后逐渐增加溶液中乙醇的含量，链的反射峰位也随之发生移动，如图16所示。上述实施例3中所得产物分散在水溶液中，然后逐渐升高温度，链的反射峰发生蓝移，如图17所示。以上图谱表明所制备的柔性光子纳米链能够分别对PH值，溶剂和温度的响应。
[0060]实施例8
[0061]将上述实施例1中所得产物分散在水溶液中，然后将其分散在亲水玻璃片上，在样品右侧滴入PH = 13的氢氧化钠溶液，在外加磁场作用下，放在显微镜下用暗场模式进行观察，如图18所示，可以看到随着氢氧化钠溶液的扩散，粒子链的颜色逐渐由蓝变红的过程，说明其响应速度快。
【主权项】
1.一种光子带隙可调的柔性光子纳米链，其特征是由单分散的超顺磁纳米粒子在响应性聚合物基体中等粒子间距排列成的单链一维纳米结构。
2.根据权利要求1所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链，其特征在于所述的超顺磁纳米粒子为超顺磁四氧化三铁纳米晶簇。
3.根据权利要求1所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链，其特征在于所述的响应性聚合物是由丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺和N-异丙基甲基丙烯酰胺中的任意一种或它们的混合物聚合而成的均聚物或共聚物。
4.权利要求1-3任意一项所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，包括将单分散的超顺磁纳米粒子充分分散在含有响应性聚合物单体的溶液中，在外加磁场作用下经紫外或热引发聚合反应制备得到。
5.根据权利要求4所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，其特征在于所述的超顺磁纳米粒子在溶液中的浓度为0.1?3.5mg/mlo
6.根据权利要求4所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，其特征在于所述的含有响应性聚合物单体的溶液由聚合单体、交联剂、引发剂和溶剂组成。
7.根据权利要求6所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，其特征在于所述的聚合单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺和N-异丙基甲基丙烯酰胺中的任意一种或它们的混合物，所述的聚合单体在溶液中的浓度为0.05 ?0.7mmol/ml。
8.根据权利要求6所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，其特征在于所述的溶剂为水或水和醇的混合物。
9.根据权利要求6所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，其特征在于所述的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲叉双丙烯酰胺或二异氰酸酯，含量为聚合单体摩尔总量的1%?10%。
10.根据权利要求6所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，其特征在于所述的引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、偶氮二异丁腈、过氧化二酰或过硫酸盐，含量为聚合单体摩尔总量的0.3%?10%。
11.权利要求1所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链作为传感器感知外界的物理化学刺激的应用。
【专利摘要】本发明涉及一种光子带隙可调的柔性光子纳米链及其制备方法，其可作为传感器感知外界的物理化学刺激，由单分散的超顺磁纳米粒子在响应性聚合物基体中等粒子间距排列成的单链一维纳米结构。所述的光子带隙可调的柔性光子纳米链的制备方法，包括将单分散的超顺磁纳米粒子充分分散在含有响应性聚合物单体的溶液中，在外加磁场作用下经紫外或热引发聚合反应制备得到。本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：其一：柔性光子链固定在响应性聚合物内；其二：本发明所制备的柔性光子纳米链光子带隙可调，能够通过反射峰位的移动对外部物理化学刺激作出响应，可以作为一种传感器；其三：大大缩短被检测物在凝胶层中的扩散距离，提高响应速度。
【IPC分类】C08F220-54, C08K3-22, C08F220-56, H01F1-36, C08F2-44, C08L33-02, C08F222-14, C08F220-06, C08F220-28, C08L33-26, C08F222-38, C08F2-48
【公开号】CN104629232
【申请号】CN201510078775
【发明人】官建国, 罗巍, 马会茹, 方凯, 朱广浩
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月13日