一种凝胶光子晶体的快速制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光子晶体技术领域，特别涉及一种凝胶光子晶体的快速制备方法。
【背景技术】
[0002]光子晶体是一种介电常数周期调制的结构，其特征是具有光子禁带。当电磁波在该周期结构中传播时，频率与光子禁带相匹配的波会受到控制;根据光子晶体的这一特性，可设计不同的周期结构，从而实现对电磁波传播方式的控制，这类材料在光学电路、通信传感、光存储器等领域已具有广范围应用；当光子晶体材料的禁带在可见光范围内时，材料在宏观上能呈现鲜艳的结构色，可应用于激光器件、结构防伪、新型印刷等方面。
[0003]以环境响应的水凝胶为基质、可显色的光子晶体为基元制备的凝胶光子晶体材料，可以通过水凝胶基质根据环境变化产生体积胀缩，带动内部光子晶体基元的晶格常数改变，使材料整体的光子禁带位置发生移动，宏观体现为凝胶光子晶体结构色的变化。当颜色变化可以被肉眼识别时，则可将其应用于可视化传感器材料；制造这类光子晶体传感材料，通常需要先合成单分散的纳米微球，以静电自组装的方式排列成具有周期结构的晶体阵列，然后将单体、交联剂、光引发剂等渗透此阵列，利用紫外光引发单体聚合，在形成聚合物水凝胶的同时将晶体阵列固定。选择具有不同敏感特性的聚合物水凝胶制备的光子晶体传感器即可对特定的环境刺激产生颜色响应，比如，采用温敏型水凝胶构建的光子晶体传感器能够将温度变化显示为颜色变化，此外，凝胶光子晶体传感器件还能实现对pH、磁场、应力、分子等各种外部刺激的响应。
[0004]目前，制备上述凝胶光子晶体材料所需时间都非常久，这是由于光子晶体的组装过程比较缓慢，需要长时间的透析去除体系中的杂质，这一过程通常经历14-21天，而且后续的凝胶包封过程也必须经过一定时间的纯化过程，保持体系纯净。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种能克服现有技术存在的制备时间长、工艺复杂等问题的一种凝胶光子晶体的快速制备方法。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种凝胶光子晶体的快速制备方法，所述快速制备方法包括如下步骤:
[0008](I)将单体分散在水中，配制成质量分数为15-30%的乳浊液，将乳浊液升温至90°C，然后加入质量分数为0.5-2%的引发剂，经0.5-2小时反应得到纳米颗粒悬浮液；
[0009](2)将高分子材料加入纳米颗粒悬浮液中，温度控制在90°C，回流1-2小时，得到高分子预凝胶；
[0010](3)将离子交换树脂加入高分子预凝胶中，并降温到50°C，纯化2-10小时，得到光子晶体预凝胶；
[0011](4)将光子晶体预凝胶加入到注射器中，再注射入模具中，将模具密封后置于-20-0°C的环境中冷冻2-24小时，然后在20-25°C的环境中解冻0.5_1小时，或者置于60°C烘箱中固化2小时，即可脱模，得到凝胶光子晶体。
[0012]优选的，所述单体为烯类有机物，其为苯乙烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸以及丙烯酰胺中的一种或几种。
[0013]优选的，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
[0014]优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
[0015]优选的，所述高分子材料为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯以及聚乳酸中的一种或几种。
[0016]优选的，所述离子交换树脂为混床树脂，阳离子与阴离子比例为1:2-1:5。
[0017]通过上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0018](I)本发明与现有技术相比，克服了常规凝胶光子晶体材制备过程缓慢的缺点，提供了一种可以快速制备凝胶光子晶体器件的方法，既能提高产率，又起到经济节能和保护环境的效果；
[0019](2)选择不同的高分子材料，所制备的凝胶光子晶体具有不同力学强度及环境响应特性，如pH、温度、应力等。
[0020](3)以本发明制备的凝胶光子晶体材料，可作为模板材料用于进一步改性获得其他传感器件。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明实施过程的流程示意图；
[0022]实施过程包括:合成纳米颗粒、加入高分子材料和离子交换树脂及凝胶。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
[0024]参见图1所示，图1为本发明实施过程的流程示意图；
[0025]实施例1
[0026]本发明公开了一种凝胶光子晶体的快速制备方法，该快速制备方法包括如下步骤:
[0027](I)将50克苯乙烯分散在150克水中，配制成质量分数为25%的乳浊液，将乳浊液升温至90°C，然后加入I克过硫酸钾，经I小时反应得到聚苯乙烯纳米颗粒悬浮液；
[0028](2)将20克聚乙烯醇与10克聚乙二醇加入聚苯乙烯纳米颗粒悬浮液中，温度控制在90°C，回流I小时，得到聚乙烯醇/聚乙二醇预凝胶；
[0029](3)将阳离子与阴离子比例为1: 2的混床树脂加入聚乙烯醇/聚乙二醇预凝胶中，并降温到50°C，纯化6小时，得到光子晶体预凝胶；
[0030](4)将光子晶体预凝胶用微量注射器注射入模具中，将模具密封后置于-18°C的环境中冷冻24小时，然后在20°C的环境中解冻I小时，即可脱模，得到聚乙烯醇/聚乙二醇凝胶光子晶体，能对温度、乙醇浓度及PH变化产生体积响应，同时发生颜色改变。
[0031]实施例2
[0032]本发明公开了一种凝胶光子晶体的快速制备方法，该快速制备方法包括如下步骤:
[0033](I)将60克甲基丙烯酸甲酯分散在150克水中，配制成质量分数为28.5%的乳浊液，将乳浊液升温至90°C，然后加入I克过硫酸铵，经I小时反应得到聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒悬浮液；
[0034](2)将20克聚乙烯醇与10克聚乙二醇加入聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒悬浮液中，温度控制在90°C，回流I小时，得到聚乙烯醇/聚乙二醇预凝胶；
[0035](3)将阳离子与阴离子比例为1: 5的混床树脂加入聚乙烯醇/聚乙二醇预凝胶中，并降温到50°C，纯化6小时，得到光子晶体预凝胶；
[0036](4)将光子晶体预