聚丙烯酰胺凝胶光子晶体的溶剂和压力响应性的研究

论文摘要

光子晶体是材料的介电常数在空间呈周期性排列形成的人工结构。光子晶体具有光子带隙和光子局域等特征,能够控制光线在光子晶体内的传播,这一特点使其在光电子器件和通信领域的应用有着非常广阔的前景。响应性光子晶体是指光子晶体的带隙结构对外部刺激（如:pH值,温度,压力,特定化学物质等）的变化具有一定响应性。将具有响应性的聚合物制备成具有光子晶体结构的材料,在一定外界条件刺激下,使其发生体积上的变化,进而引起光子晶体的光子带隙改变,在宏观上表现为光谱和颜色的变化。本文具体研究内容如下:1.采用乳液聚合法通过调节乳化剂加入量制备了粒径在180nm-300nm之间的单分散性聚苯乙烯（PS）微球。2.通过垂直沉积法制得单晶态的蛋白石结构聚苯乙烯（PS）模板。并探讨了温度和沉积乳液浓度对模板蛋白石结构的影响。通过调节沉积的温度和乳液浓度来调整胶体粒子的沉积速度,能够得到单晶态的面心立方（FCC）堆积结构的聚苯乙烯模板。3.使用蛋白石结构聚苯乙烯模板,采用毛细力诱导法向模板中填充丙烯酰胺、丙烯酰胺/丙烯酸和丙烯酰胺/NSA的前驱液,然后采用氧化还原引发在室温下进行聚合,并通过溶剂去除模板,得到了反蛋白石结构凝胶光子晶体。通过扫描电镜和光纤光谱仪等光学分析,反蛋白石凝胶保持了长程有序的周期性结构并表现出鲜艳的结构颜色和尖锐的单峰。4.对制备的多种反蛋白石凝胶进行响应性的测试,测试了聚丙烯酰胺凝胶对不同比例有机溶剂/水的响应性、丙烯酰胺丙烯酸共聚凝胶对外界压力的响应性以及N-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯接枝丙烯酰胺凝胶对牛血清白蛋白溶液的响应。实验结果表明此凝胶在不同实验条件下有着良好的响应,且响应速度快,可逆性好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 光子晶体的定义
• 1.2 光子晶体的主要特征
• 1.2.1 光子带隙
• 1.2.2 光子局域
• 1.3 光子晶体的制备
• 1.3.1 精密加工技术制备
• 1.3.2 以化学方法为核心的制备技术
• 1.3.2.1 蛋白石模板的制备
• 1.3.2.2 反蛋白石结构光子晶体的制备
• 1.4 响应性光子晶体
• 1.4.1 化学响应性光子晶体
• 1.4.1.1 离子响应性光子晶体
• 1.4.1.2 葡萄糖响应性光子晶体
• 1.4.1.3 pH 响应性光子晶体
• 1.4.2 物理响应性光子晶体
• 1.4.2.1 温度响应性光子晶体
• 1.4.2.2 溶剂响应性光子晶体
• 1.4.2.3 电场响应
• 1.4.2.4 磁场响应
• 1.4.2.5 机械力响应
• 1.4.3 生物响应性光子晶体
• 1.4.3.1 乙酰胆碱酯酶－有机磷化物
• 1.4.3.2 牛血清白蛋白分子印迹
• 1.5 光子晶体的应用
• 1.5.1 光子晶体光纤
• 1.5.2 光子晶体发光二极管
• 第二章 实验部分
• 2.1 原料、药品、仪器及设备
• 2.1.1 试剂与原料
• 2.1.2 仪器
• 2.2 聚苯乙烯微球的制备
• 2.2.1 乳液聚合
• 2.2.2 单分散聚苯乙烯微球的制备
• 2.2.3 单分散聚苯乙烯微球粒径的表征
• 2.3 聚苯乙烯模板的制备
• 2.3.1 垂直沉积法简介
• 2.3.2 聚苯乙烯模板的处理
• 2.3.3 模板形貌分析
• 2.4 反蛋白石凝胶光子晶体的制备
• 2.4.1 聚丙烯酰胺凝胶光子晶体的制备
• 2.4.1.1 前驱液的配制
• 2.4.1.2 模板的填充与聚合
• 2.4.1.3 聚苯乙烯模板的选择性去除
• 2.4.1.4 反蛋白石凝胶光子晶体的制备
• 2.4.2 丙烯酰胺丙烯酸共聚凝胶光子晶体的制备
• 2.4.2.1 前驱液的配制
• 2.4.2.2 模板的填充聚合与去除
• 2.4.3 NSA 接枝丙烯酰胺凝胶光子晶体的制备
• 2.4.3.1 前驱液的配制
• 2.4.3.2 模板的填充聚合与去除
• 2.5 反蛋白石光子晶体形貌分析
• 2.5.1 聚苯乙烯模板与反蛋白石凝胶的宏观颜色表征
• 2.5.2 凝胶光子晶体的光学性能测试
• 2.5.3 凝胶光子晶体吸附牛血清白蛋白后对不同水/溶剂比例的响应
• 2.5.4 凝胶光子晶体的压力响应测试
• 2.5.5 凝胶光子晶体的牛血清白蛋白响应测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 聚苯乙烯微球的合成
• 3.1.1 聚苯乙烯微球合成条件的研究
• 3.1.2 聚苯乙烯微球的微观形貌
• 3.2 聚苯乙烯蛋白石模板的制备
• 3.2.1 垂直沉积法制备聚苯乙烯模板
• 3.2.2 制备条件对模板的影响
• 3.2.2.1 沉积温度对制备模板的影响
• 3.2.2.2 乳液浓度对制备模板的影响
• 3.2.3 聚苯乙烯模板的光学照片与光谱分析
• 3.2.4 聚苯乙烯模板的SEM 照片
• 3.3 反蛋白石凝胶光子晶体的制备
• 3.3.1 聚丙烯酰胺凝胶光子晶体光学照片及光谱分析
• 3.3.2 聚丙烯酰胺凝胶光子晶体SEM 照片
• 3.4 聚丙烯酰胺反蛋白石光子晶体响应性的研究
• 3.4.1 聚丙烯酰胺反蛋白石光子晶体吸附BSA 的溶剂响应性
• 3.4.1.1 乙醇响应性
• 3.4.1.2 甲醇响应性
• 3.4.1.3 丙酮响应性
• 3.4.1.4 聚乙二醇200 响应性
• 3.4.1.5 乙二醇响应性
• 3.4.1.6 溶剂响应性小结
• 3.4.2 聚丙烯酰胺反蛋白石凝胶光子晶体压力响应性
• 3.4.3 NSA 接枝反蛋白石结构凝胶对牛血清白蛋白的响应
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢