本发明涉及检测Br2的胶体晶体传感器技术领域，具体涉及一种胶体晶体@硝酸银的胶体晶体传感器，这种传感器的制备方法及其在检测Br2方面的应用。
背景技术：
气体传感器可以检测易燃、易爆和有毒气体，因此它可以被广泛应用于许多领域(例如：工业排放控制、家庭安全环境控制和汽车尾气排放控制等)。随着我们所面临的环境污染问题日益严重，诸如卤素蒸气和酸性气体对空气的污染，急需一种用于工业气体泄漏探测的简单而可靠的测定方法。Br2一般是由焚化厂焚烧所产生的，对工作人员身体危害很大，此外，大量生产的卤化聚合物是Br2产生的主要人为来源，这些都对人类健康产生较大危害，并有累积效应。因此，有必要检测并监控Br2浓度以保护人们免受其危害。目前，虽然Br2的响应传感器已经被大量地开发，但是在检测Br2浓度方面，传感材料和检测方法都需要大大的改进。
到目前为止，一些检测Br2的胶体晶体传感器的报道中，最常见的是采用有机染料的光电化学传感器来检测Br2。如Yoshio Niizeki,Shigeo Shibata等在Niizeki Y,Shibata S.Solid-state Br 2,sensor operating at room temperature[J].Solid State Ionics,1997,104(s1–2):159-162.利用电池传感器来检测Br2，方法复杂，且仪器不易携带。胶体晶体由于特殊的性质和在不同的领域的多种应用(如传感器、光电器件、支持催化或致动器和显示器)，各种胶体晶体都备受许多研究者的追捧。由于晶体折射率的周期性变化，胶体晶体是由纳米二氧化硅或聚合物微球或在有序阵列，其能够反射在特定波长的光的微尺寸的二氧化硅或聚合物微球组成。由于胶体晶体波长在其有效折射率和晶格间距变化的高灵敏度，作为潜在的胶体晶体传感器，它已被广泛地研究和开发。随着外界条件的变换，响应其外界条件改变是胶体晶体本身结构颜色的改变。针对这一特点，在可见光范围内，研究可变结构色的材料可被广泛应用于重要的彩色材料感应器。随着外部条件适当的变换，胶体晶体的结构颜色或者带隙也将相应的改变。鉴于这一特性，在可见区域中操作的可变结构色的材料，肉眼可显著观察到其颜色变化，因此可被广泛用于比色传感器。
单分散性胶体晶体的晶胞通常是面心立方(FCC)，在该结构中大概存在26％空隙率。空隙很容易被客体分子或纳米颗粒通过不同方法渗透进去，例如L.Yang,Z.Yang and W.Cao,J.Phys.Chem.B,2005,109,11501.中使用胶体晶体的空隙共沉积方法制造浸渗CdTe和CdSe量子点的荧光传感器材料。Endo等在T.Endo,Y.Yanagida and T.Hatsuzawa,Sens.Actuators,B,2007,125,589.中公开由胶体晶体空隙浸润官能聚合物的比色化学传感器对于挥发性有机化合物(VOC)的检测。
技术实现要素：
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有的胶体晶体传感器不能快速检测出Br2及其浓度，灵敏度低的问题，进而提供一种胶体晶体@硝酸银的胶体晶体传感器，其可以快速检测出Br2及其浓度，能够根据其表面颜色的变化判断是否含有Br2并推断及其浓度，具有制备简单、成本低、携带方便、操作简单、灵敏度高的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于检测Br2的胶体晶体传感器的制备方法，包括下述步骤：
S1、将聚苯乙烯(PS)粉末、浓度为3-6wt％的AgNO3溶液和水在超声条件下均匀地分散得到分散液，共沉积后得胶体晶体@硝酸银；
S2：将步骤S1制备的胶体晶体@硝酸银在500-700μw/cm2紫外光下处理10-20分钟，得到用于检测Br2的胶体晶体传感器。
优选地，所述步骤S1中所述分散液中的聚苯乙烯(PS)粉末与浓度为3-6wt％的AgNO3的比例为(10～20)g：(0～5)ml。
所述步骤S1中的共沉积是在0-4℃下于黑暗环境中静置沉积6-8天。
所述聚苯乙烯(PS)粉末的制备方法如下：将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、水混合形成第一混合溶液，在N2保护条件下加热至70-75℃；再向混合溶液中加入第二混合溶液，并保持温度为65-75℃下聚合2～4h，然后再加入第三混合溶液，并保持温度为65-75℃下聚合4～6h，得到均一共聚物乳液，最后通过离心法进行纯化，并在35-45℃温度下干燥6-10h，得到聚苯乙烯(PS)粉末；
所述第一混合溶液包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和水，其中苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的比例为(10-20)ml：(0-1)ml；
所述第二混合溶液包括(NH4)2S2O8、NH4HCO3、甲基丙烯酸丙基磺酸钾和水，其中(NH4)2S2O8、NH4HCO3、甲基丙烯酸丙基磺酸钾的比例为(0-1)ml：(0～1)g：(0-1)g；
所述第三混合溶液包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丙基磺酸钾、NH4HCO3和水，其中苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丙基磺酸钾、NH4HCO3的比例为(0-5)ml：(0～1)ml：(0～1)g：(0～0.5)g。
每(10-20)ml苯乙烯、(0-1)ml甲基丙烯酸甲酯和100ml水配制为第一混合溶液；每(0-1)ml(NH4)2S2O8、(0～1)g NH4HCO3、(0-1)g甲基丙烯酸丙基磺酸钾和10ml水配制为第二混合溶液；每(0-5)ml苯乙烯，(0～1)ml甲基丙烯酸甲酯，(0～1)g甲基丙烯酸丙基磺酸钾，(0～0.5)g NH4HCO3和10ml水配制为第三混合溶液；
所述第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液的体积比为(110-120)：(10-12)：(12-14)。
所述的水为去离子水。
一种所述方法制备得到的用于检测Br2的胶体晶体传感器。
一种检测Br2的方法，将7所述的用于检测Br2的胶体晶体传感器置于待检测气体中，观察Br2传感器的颜色，如果颜色变浅则证明气体中含有Br2，否则不含有Br2。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明提供的用于检测Br2的胶体晶体传感器，其制备方法是将聚苯乙烯(PS)粉末，浓度为3-6wt％的AgNO3溶液和去离子水在超声条件下均匀地分散得到分散液，共沉积后硝酸银填充到PS粉末球空隙里得胶体晶体@硝酸银，再将胶体晶体@硝酸银在500-700μw/cm2紫外光下处理10-20分钟，填充有AgNO3的胶体晶体在紫外光的照射下，获得具有较深颜色的胶体晶体传感器。本发明提供的用于检测Br2的胶体晶体传感器可以小型化，结构简单，并且可以大规模生产，成本极低。
(2)采用本发明的检测器检测气体时，通过肉眼可以直观的观测胶体晶体传感器的颜色，如果胶体晶体传感器的颜色变浅则证明气体中含有Br2，如果胶体晶体传感器的颜色不变则证明不含有Br2。实验结果表明，图1可以看出本发明的胶体晶体传感器的检测限度可以达到0.01mol/L，PS球粒径在210nm时，在0.01mol/L浓度的Br2中，胶体晶体颜色从亮绿色变浅，颜色变化可肉眼观察，敏感度非常高。
(3)采用本发明制备的用于检测Br2的胶体晶体传感器，由于其优良的感光性可广泛用于光子晶体、生物传感器等领域。
附图说明
图1是实施例1制备得到胶体晶体传感器检测含有不同浓度的Br2时的光纤光谱变化图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
实施例1
一种用于检测Br2的胶体晶体传感器的制备方法，包括下述步骤：
S0：聚苯乙烯(PS)粉末的制备
取14.1ml苯乙烯、0.78ml甲基丙烯酸甲酯、100ml去离子水放入250ml的三口瓶中混合搅拌，配备为第一混合溶液，在N2保护条件下加热至70℃；再向混合溶液中快速加入由0.73ml(NH4)2S2O8、0.506g NH4HCO3、0.25g甲基丙烯酸丙基磺酸钾和10ml去离子水混合而成的第二混合液，并保持温度为70℃下聚合3h后，再加入由2.81ml苯乙烯、0.16ml甲基丙烯酸甲酯、0.5g甲基丙烯酸丙基磺酸钾、0.1g NH4HCO3和10ml去离子水混合而成的第三混合液，并保持温度为70℃下聚合5h，得到均一共聚物乳液；最后将共聚物乳液通过离心法进行纯化，并在40℃温度下干燥7h，得到聚苯乙烯(PS)粉末。
S1：胶体晶体@硝酸银的制备
将10g聚苯乙烯(PS)粉末、2ml浓度为5wt％的AgNO 3溶液和3ml的去离子水加入到一个50毫升称量瓶中，将混合物在100瓦30分钟超声条件下均匀地分散，得到分散液，然后在2℃下，黑暗环境中共沉积7天，即可得胶体晶体@硝酸银。
S2：传感器的制备
将步骤S1制备的胶体晶体@硝酸银在620μw/cm2的强度的紫外光下处理10分钟，得到用于具有较深颜色的检测Br2的胶体晶体传感器，所述的较深颜色是指传感器的颜色比胶体晶体的本征颜色(PS粉末球不同粒径有序排列会显示不同的颜色)深。
一种用于检测Br2的方法：
所得到的胶体晶体传感器样品放置于待检测气体中，观察Br2传感器的颜色，如果颜色变浅则证明气体中含有Br2，否则不含有Br2。
如图1所示：将胶体晶体传感器置于浓度分别为0、0.036mol/L、0.072mol/L的Br2中，胶体晶体的颜色由亮绿变为绿色，最后变成浅绿，胶体晶体的波长逐渐变长，测试结果如图1所示。
实施例2
一种用于检测Br2的胶体晶体传感器的制备方法，包括下述步骤：
S0：聚苯乙烯(PS)粉末的制备
取12ml苯乙烯、0.6ml甲基丙烯酸甲酯、100ml去离子水放入250ml的三口瓶中混合搅拌，配备为第一混合溶液，在N2保护条件下加热至70℃；再向混合溶液中快速加入由0.3ml(NH4)2S2O8、0.8g NH4HCO3、0.2g甲基丙烯酸丙基磺酸钾和10ml去离子水混合而成的第二混合液，并保持温度为65℃下聚合2h后，再加入由2ml苯乙烯、0.4ml甲基丙烯酸甲酯、1g甲基丙烯酸丙基磺酸钾、0.3g NH4HCO3和10ml去离子水的混合物的第三混合液，并保持温度为65℃下聚合4h，得到均一共聚物乳液；最后将共聚物乳液通过离心法进行纯化，并在35℃温度下干燥6h，得到聚苯乙烯(PS)粉末。
S1：胶体晶体@硝酸银的制备
将15g聚苯乙烯(PS)粉末、3ml浓度为4wt％的AgNO3溶液和3ml去离子水加入到一个50毫升称量瓶中，将混合物在100瓦30分钟超声条件下均匀地分散，得到分散液，然后在4℃下，黑暗环境中共沉积6天，即可得到胶体晶体@硝酸银。
S2：传感器的制备
将步骤S1制备的胶体晶体@硝酸银在500μw/cm2紫外光下处理20分钟，得到用于具有较深颜色的检测Br2的胶体晶体传感器，所述的较深颜色是指传感器的颜色比胶体晶体的本征颜色(PS粉末球不同粒径有序排列会显示不同的颜色)深。
一种用于检测Br2的方法：
所得到的胶体晶体传感器样品放置于待检测气体中，观察Br2传感器的颜色，如果颜色变浅则证明气体中含有Br2，否则不含有Br2。
实施例3
一种用于检测Br2的胶体晶体传感器的制备方法，包括下述步骤：
S0：聚苯乙烯(PS)粉末的制备
取10ml苯乙烯、0.4ml甲基丙烯酸甲酯、100ml去离子水放入250ml的三口瓶中混合搅拌，配备为第一混合溶液，在N2保护条件下加热至73℃；再向混合溶液中快速加入由0.5ml(NH4)2S2O8、0.9g NH4HCO3、1g甲基丙烯酸丙基磺酸钾和10ml去离子水混合而成的第二混合液，并保持温度为65℃下聚合4h后，再加入由3ml苯乙烯、0.6ml甲基丙烯酸甲酯、0.6g甲基丙烯酸丙基磺酸钾、0.4g NH4HCO3和10ml去离子水的混合物的第三混合液，并保持温度为75℃下聚合6h，得到均一共聚物乳液；最后将共聚物乳液通过离心法进行纯化，并在45℃温度下干燥8h，得到聚苯乙烯(PS)粉末。
S1：胶体晶体@硝酸银的制备
将20g聚苯乙烯(PS)粉末、4ml浓度为6wt％的AgNO3溶液和3ml去离子水加入到一个50毫升称量瓶中，将混合物在100瓦30分钟超声条件下均匀地分散，得到分散液，然后在3℃下，黑暗环境中共沉积7天，即可得到胶体晶体@硝酸银。
S2：传感器的制备
将步骤S1制备的胶体晶体@硝酸银在550μw/cm2紫外光下处理15分钟，得到用于具有较深颜色的检测Br2的胶体晶体传感器，所述的较深颜色是指传感器的颜色比胶体晶体的本征颜色(PS粉末球不同粒径有序排列会显示不同的颜色)深。。
一种用于检测Br2的方法：
所得到的胶体晶体传感器样品放置于待检测气体中，观察Br2传感器的颜色，如果颜色变浅则证明气体中含有Br2，否则不含有Br2。
实施例4
一种用于检测Br2的胶体晶体传感器的制备方法，包括下述步骤：
S0：聚苯乙烯(PS)粉末的制备
取18ml苯乙烯、0.2ml甲基丙烯酸甲酯、10ml去离子水放入250ml的三口瓶中混合搅拌，配备为第一混合溶液，在N2保护条件下加热至75℃；再向混合溶液中快速加入由1ml(NH4)2S2O8、0.5g NH4HCO3、0.7g甲基丙烯酸丙基磺酸钾和10ml去离子水混合而成的第二混合液，并保持温度为75℃下聚合3h后，再加入由3ml苯乙烯、0.3ml甲基丙烯酸甲酯、0.7g甲基丙烯酸丙基磺酸钾、0.5g NH4HCO3和10ml去离子水的混合物的第三混合液，并保持温度为70℃下聚合5h，得到均一共聚物乳液；最后将共聚物乳液通过离心法进行纯化，并在40℃温度下干燥9h，得到聚苯乙烯(PS)粉末。
S1：胶体晶体@硝酸银的制备
将10g聚苯乙烯(PS)粉末，5ml浓度为3wt％的AgNO3溶液和3ml去离子水加入到一个50毫升称量瓶中，将混合物在100瓦30分钟超声条件下均匀地分散，得到分散液，然后在1℃下，黑暗环境中共沉积8天，即可得到胶体晶体@硝酸银。
S2：传感器的制备
将步骤S1制备的胶体晶体@硝酸银在600μw/cm2紫外光下处理15分钟，得到用于具有较深颜色的检测Br2的胶体晶体传感器，所述的较深颜色是指传感器的颜色比胶体晶体的本征颜色(PS粉末球不同粒径有序排列会显示不同的颜色)深。。
一种用于检测Br2的方法：
所得到的胶体晶体传感器样品放置于待检测气体中，观察Br2传感器的颜色，如果颜色变浅则证明气体中含有Br2，否则不含有Br2。
实施例5
一种用于检测Br2的胶体晶体传感器的制备方法，包括下述步骤：
S0：聚苯乙烯(PS)粉末的制备
取15ml苯乙烯、0.8ml甲基丙烯酸甲酯、100ml去离子水放入250ml的三口瓶中混合搅拌，配备为第一混合溶液，在N2保护条件下加热至75℃；再向混合溶液中快速加入由0.4ml(NH4)2S2O8、1g NH4HCO3、0.5g甲基丙烯酸丙基磺酸钾和10ml去离子水混合而成的第二混合液，并保持温度为70℃下聚合2h后，再加入由2ml苯乙烯、1ml甲基丙烯酸甲酯、0.3g甲基丙烯酸丙基磺酸钾、0.2g NH4HCO3和10ml去离子水的混合物的第三混合液，并保持温度为65℃下聚合4h，得到均一共聚物乳液；最后将共聚物乳液通过离心法进行纯化，并在35℃温度下干燥10h，得到聚苯乙烯(PS)粉末。
S1：胶体晶体@硝酸银的制备
将14g聚苯乙烯(PS)粉末，3ml浓度为5wt％的AgNO3溶液和3ml去离子水加入到一个50毫升称量瓶中，将混合物在100瓦30分钟超声条件下均匀地分散，得到分散液，然后在2℃下，黑暗环境中共沉积8天，即可得到胶体晶体@硝酸银。
S2：传感器的制备
将步骤S1制备的胶体晶体@硝酸银在650μw/cm2紫外光下处理10分钟，得到用于具有较深颜色的检测Br2的胶体晶体传感器，所述的较深颜色是指传感器的颜色比胶体晶体的本征颜色(PS粉末球不同粒径有序排列会显示不同的颜色)深。。
一种用于检测Br2的方法：
所得到的胶体晶体传感器样品放置于待检测气体中，观察Br2传感器的颜色，如果颜色变浅则证明气体中含有Br2，否则不含有Br2。
实施例6
一种用于检测Br2的胶体晶体传感器的制备方法，包括下述步骤：
S0：聚苯乙烯(PS)粉末的制备
取10ml苯乙烯、1ml甲基丙烯酸甲酯、100ml去离子水放入250ml的三口瓶中混合搅拌，配备为第一混合溶液，在N2保护条件下加热至70℃；再向混合溶液中快速加入由0.8ml(NH4)2S2O8、0.6g NH4HCO3、0.6g甲基丙烯酸丙基磺酸钾和10ml去离子水混合而成的第二混合液，并保持温度为75℃下聚合4h后，再加入由1ml苯乙烯、0.1ml甲基丙烯酸甲酯、0.3g甲基丙烯酸丙基磺酸钾、0.1g NH4HCO3和10ml去离子水的混合物的第三混合液，并保持温度为75℃下聚合4h，得到均一共聚物乳液；最后将共聚物乳液通过离心法进行纯化，并在45℃温度下干燥7h，得到聚苯乙烯(PS)粉末。
S1：胶体晶体@硝酸银的制备
将12g聚苯乙烯(PS)粉末，3ml浓度为6wt％的AgNO3溶液和3ml去离子水加入到一个50毫升称量瓶中，将混合物在100瓦30分钟超声条件下均匀地分散，得到分散液，然后在3℃下，黑暗环境中共沉积7天，即可得到胶体晶体@硝酸银。
S2：传感器的制备
将步骤S1制备的胶体晶体@硝酸银在700μw/cm2紫外光下处理10分钟，得到用于具有较深颜色的检测Br2的胶体晶体传感器，所述的较深颜色是指传感器的颜色比胶体晶体的本征颜色(PS粉末球不同粒径有序排列会显示不同的颜色)深。。
一种用于检测Br2的方法：
所得到的胶体晶体传感器样品放置于待检测气体中，观察Br2传感器的颜色，如果颜色变浅则证明气体中含有Br2，否则不含有Br2。
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。