一种机械力响应型光子晶体弹性体及其制备方法

本发明属于响应型光子晶体制备，具体涉及一种机械力响应型光子晶体弹性体及其制备方法。

背景技术：

1、在当今科学与技术的飞速发展中，光子晶体作为一种独特而强大的光学材料，引起了广泛的关注。光子晶体是一种具有周期性结构的材料，它的晶格排列可以影响光的传播，产生光子带隙并调控光的性质。随着对光子晶体的深入研究，科学家们不仅仅是在传统光学领域取得了重大突破，还在新兴技术和应用领域展开了探索，其中之一便是响应型光子晶体。响应型光子晶体是一类能够根据外部刺激或条件而调整其光学性质的晶体。这些刺激可以是温度、电场、光强度、压力、化学物质浓度等。通过响应型光子晶体，我们可以实现对光学器件、光传感器、光学通信等领域的精确控制，为光学技术带来了崭新的前景。

2、针对响应型光子晶体材料，研究者们已经开发出了许多不同类型的响应型光子晶体(cn105182567a，cn112965268a，cn113103706a，cn108318943b)。不同响应形式的光子晶体材料能够满足不同情景的应用需求，但仍然存在一些问题。其中cn108318943b公开了“一种响应性、可自修复、显示无角度依赖光子晶体弹性体膜、其制备方法和应用”，其技术方案是向交联聚合物有机溶液中添加吸光纳米粒子和经过溶胶凝胶法改性的纳米粒子，在疏水且耐有机溶剂表面混合得到混合组装体，除去其中的有机溶剂后得到光子晶体弹性膜材料。由于其最终制得的光子晶体弹性膜材料主要依靠其交联聚合物基体本身的弹性和强度，使得可逆性与强度不足，不能够实现较大的载荷。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的可逆性与强度不足，不能够实现长期的使用和较大的载荷的不足之处，本发明提供一种机械力响应型光子晶体弹性体及其制备方法。

2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种机械力响应型光子晶体弹性体的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一,采用逐步种子乳液聚合法，制备得到以聚苯乙烯为核、聚甲基丙烯酸甲酯为中间层和聚丙烯酸乙酯为壳的核壳结构微球乳液；

4、步骤二，将乳液烘干得到核壳结构微球固体,核壳结构微球固体与等摩尔的二元羧酸混炼，得到光子晶体混炼胶；

5、步骤三，光子晶体混炼胶经硫化热压，制得机械力响应型光子晶体弹性体。进一步的，上述步骤一包括以下步骤：

6、(1)在三口烧瓶中加入0.9g苯乙烯、0.03-0.06g十二烷基磺酸钠、0.1g1,4-丁二醇二丙烯酸酯和60g去离子水，转速200rpm，初始温度60℃并逐渐升温至85℃，持续搅拌30min；

7、(2)在三口烧瓶中依次加入0.0125g亚硫酸氢钠、0.063g过硫酸钠、0.0125g亚硫酸氢钠，反应10min后得到聚苯乙烯种子乳液；

8、(3)将0.0575g十二烷基磺酸钠、0.055g十二烷基二苯醚二磺酸钠、1.75g 1,4-丁二醇二丙烯酸酯、0.1g氢氧化钾、17.5g苯乙烯和22.5g去离子水制成乳液，并在100min内滴加至三口烧瓶中，滴加完成后持续搅拌10min；

9、(4)将0.063g过硫酸钠稀释于5g去离子水中并滴加入三口烧瓶，反应10min后得到聚苯乙烯核；

10、(5)将0.75g甲基丙烯酸丙酯、6.75g甲基丙烯酸酯、0.0525g十二烷基二苯醚二磺酸钠、0.0125g十二烷基磺酸钠和10g去离子水制成乳液，并在45min内滴加至三口烧瓶，而后持续搅拌10min；

11、(6)将0.063g过硫酸钠稀释于5g去离子水中并滴加入三口烧瓶，反应10min后得到聚甲基丙烯酸甲酯夹层；

12、(7)将32.5g丙烯酸乙酯，1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.165g十二烷基磺酸钠、0.05g氢氧化钾和40g去离子水制成乳液滴加至三口烧瓶后，持续搅拌10min；

13、(8)将0.111g过硫酸钠稀释于10g去离子水中并滴加入三口烧瓶中，反应1h后停止加热并持续搅拌，直至冷却至室温，得到核壳结构微球乳液。

14、进一步的，上述步骤二的混炼包括以下步骤：

15、(1)将制得的乳液放置于70℃烘箱中，烘干后得到核壳结构微球固体；

16、(2)核壳结构微球固体经双辊开炼机塑化后加入0.05wt％炭黑粉末，混炼5-10min使其混合均匀；

17、(3)加入与环氧基团等摩尔量的二元羧酸，混炼5-10min使其混合均匀；

18、(4)加入0.1wt％二水合乙酸锌，混炼5-10min使其混合均匀，得到光子晶体混炼胶；

19、进一步的，上述步骤三的硫化热压是将光子晶体混炼胶放入模具中，经平板硫化机处理，处理温度为190℃、压力为10mpa，热压20-40min得到光子晶体弹性体材料。

20、进一步的，上述步骤二中所述的二元羧酸为二元有机羧酸或酸酐，所述二元有机羧酸为癸二酸、己二酸或丁二酸，所述酸酐为马来酸酐。

21、进一步的，上述的制备方法制得的机械力响应型光子晶体弹性体。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、1、本发明的制备方法简单，易于操作且成本较低：本发明通过控制乳化剂十二烷基磺酸钠的用量调控核壳微球粒径，进而制得不同颜色的光子晶体材料。所采用的设备为常规设备，操作简单。

24、2、本发明中含有的核壳结构微球以聚苯乙烯为核，聚甲基丙烯酸甲酯为中间层，聚丙烯酸乙酯为壳，通过在微球壳层添加甲基丙烯酸缩水甘油酯，引入环氧基团作为交联位点，以二元羧酸(如丁二酸、己二酸、癸二酸等)作为交联剂构成动态酯键，构建了交联网络体型结构。相较于常见的机械力响应型光子晶体材料，本发明所具有的交联网络结构在发生形变时拥有更高的强度，可逆性更好，赋予了光子晶体弹性体材料更好的力学性能，因此能够在承载较大的载荷时实现长期的使用。

25、3、本发明成本低，可实现大规模的工业化生产：当材料处于酯交换反应条件下时，酯键可断开并于其他交联位点之间形成新的酯键，赋予了材料可回收，重复加工的性能，因此大大降低了原材料的成本。

技术特征：

1.一种机械力响应型光子晶体弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种机械力响应型光子晶体弹性体的制备方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的一种机械力响应型光子晶体弹性体的制备方法，其特征在于，所述步骤二的混炼包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种机械力响应型光子晶体弹性体的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种机械力响应型光子晶体弹性体的制备方法，其特征在于：所述步骤二中所述的二元羧酸为二元有机羧酸或酸酐，所述二元有机羧酸为癸二酸、己二酸或丁二酸，所述酸酐为马来酸酐。

6.根据权利要求1所述的制备方法制得的机械力响应型光子晶体弹性体。

技术总结
本发明属于响应型光子晶体制备技术领域，具体涉及一种机械力响应型光子晶体弹性体及其制备方法，步骤如下：首先，采用分步种子乳液聚合法，以聚苯乙烯为核，聚甲基丙烯酸甲酯为中间层，聚丙烯酸乙酯为壳制备核壳结构乳液；而后将乳液烘干，使用双辊开炼机将其与二元羧酸混合，在辊轮的作用下驱动微球进行规整排列形成光子晶体结构；最后通过平板硫化机热压使二元羧酸的羧基与微球表面的环氧基团交联，形成由动态酯键连接的网状体型结构，制得机械力响应型光子晶体弹性体。本发明所具有的交联网络结构在发生形变时拥有更高的强度，可逆性更好，能够在承载较大的载荷时实现长期的使用；同时制备方法简单，易于操作，成本低，可实现大规模的工业化生产。

技术研发人员：辛华,高博,许艺艺,李新琦,陈悦
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17