膠體晶體凝膠的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、本論文選擇既具有光子晶體的光學(xué)特性又具有水凝膠的記憶和環(huán)境響應(yīng)特性的膠體晶體凝膠為研究對(duì)象，探索了快速純化膠體的方法，制備了新的光學(xué)性質(zhì)的膠體晶體凝膠。利用膠體晶體凝膠的特性將其應(yīng)用于圖像記錄、新型光學(xué)性質(zhì)的膠體晶體凝膠和新型可視化分析等研究。 本論文具體開展了如下工作： 一、基于帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)中快速定向運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)建立了一種強(qiáng)電場(chǎng)透析法，快速純化膠體懸浮液制備非緊密堆積型膠體晶體。在強(qiáng)電場(chǎng)透析過程中，膠體懸浮液中的陰離

2、子向陽極快速運(yùn)動(dòng)，而陽離子向陰極快速運(yùn)動(dòng)，膠體顆粒被截留在透析袋中。純化的膠體顆?？快o電作用周期性規(guī)則排列成非緊密堆積型膠體晶體，調(diào)節(jié)膠體顆粒的體積比可以控制其晶格間距。原子力顯微鏡表征表明，非緊密堆積型膠體晶體的有序結(jié)構(gòu)可被固定在凝膠中形成膠體晶體凝膠。強(qiáng)電場(chǎng)透析法大大縮短了膠體純化時(shí)間，解決了膠體晶體凝膠制備前得耗較長時(shí)間獲得非緊密堆積型膠體晶體的難題。 二、通過壓力、自然干燥失水和復(fù)水浸泡、不同濃度的乙醇水溶液浸泡和不同p

3、H緩沖溶液浸泡等實(shí)驗(yàn)，研究了膠體晶體凝膠體積變化與其Bragg衍射峰遷移關(guān)系。作用于膠體晶體凝膠上的壓力發(fā)生變化，其體積也會(huì)發(fā)生變化，體積的變化又體現(xiàn)在其Bragg衍射峰位置的變化：膠體晶體凝膠自然干燥失水過程中，其Bragg衍射峰持續(xù)藍(lán)移，復(fù)水浸泡時(shí)，其Bragg衍射峰快速紅移至干燥前的位置；膠體晶體凝膠經(jīng)不同濃度的乙醇水溶液浸泡后，其體積發(fā)生變化，且乙醇濃度越高，其Bragg衍射峰藍(lán)移就越大；經(jīng)水解處理的膠體晶體凝膠具有pH響應(yīng)特性

4、，當(dāng)其浸泡在pH為2.2-9.6的緩沖溶液中時(shí)，隨pH值的增大其Bragg衍射峰紅移，而pH>9.6時(shí)，隨pH值的增大其Bragg衍射峰藍(lán)移。 三、選擇了偶氮異二丁腈這種既可光引發(fā)又可熱引發(fā)的分子作為引發(fā)劑，利用不對(duì)稱的聚合條件制備了具有兩個(gè)Bragg衍射峰的膠體晶體凝膠；并通過自然水份蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)證明了膠體晶體凝膠的兩個(gè) Bragg衍射峰源于膠體晶體凝膠內(nèi)存在的上下不同晶格常數(shù)的異結(jié)構(gòu)膠體晶體凝膠對(duì)兩種不同波長光的衍射；通過漸變輻

5、射熱聚合，證明了異結(jié)構(gòu)膠體晶體凝膠的上表層是光引發(fā)聚合的，其下層是熱引發(fā)聚合的；并研究了異結(jié)構(gòu)膠體晶體凝膠體積收縮時(shí)的光學(xué)行為，在相同的外界刺激條件下膠體晶體凝膠上下兩層的體積變化是不一樣的，體現(xiàn)在光譜中是Bragg衍射峰遷移的差異。 四、將pH敏感的色素分子摻雜到膠體晶體凝膠中形成色素?fù)诫s的膠體晶體凝膠，研究了其pH響應(yīng)的光學(xué)行為。當(dāng)色素的消光峰和膠體晶體凝膠的Bragg衍射峰重疊時(shí)，Bragg衍射光就會(huì)被捕獲在膠體晶體凝膠內(nèi)

6、；當(dāng)色素的消光蜂遷移出Bragg衍射峰時(shí)，Bmgg衍射光就會(huì)射出膠體晶體凝膠。改變溴酚蘭摻雜的膠體晶體凝膠的pH，能在短Bragg衍射峰區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可逆的Bragg衍射峰出現(xiàn)和消失之間的轉(zhuǎn)換。改變剛果紅摻雜的膠體晶體凝膠的pH，能在短Bragg衍射峰區(qū)域處實(shí)現(xiàn)Bragg衍射峰出現(xiàn)和消失之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)在長Bragg衍射峰區(qū)域處實(shí)現(xiàn)Bragg衍射峰強(qiáng)和弱之間的轉(zhuǎn)換；剛果紅摻雜的膠體晶體凝膠反轉(zhuǎn)后，在短Bragg衍射峰區(qū)域處實(shí)現(xiàn)Bragg衍射峰

7、強(qiáng)和弱之間的轉(zhuǎn)換，而在長 Bragg衍射峰區(qū)域處實(shí)現(xiàn) Bragg 衍射峰出現(xiàn)和消失之間的轉(zhuǎn)換。色素?fù)诫s的膠體晶體凝膠可用于pH響應(yīng)的光學(xué)器件的制造。 五、通過調(diào)節(jié)高壓汞燈入射光的劑量，可以將圖像記錄在膠體晶體凝膠中。在膠體晶體凝膠非記錄區(qū)的反射光譜中出現(xiàn)單個(gè)Bragg衍射峰，而在膠體晶體凝膠記錄區(qū)的反射光譜中出現(xiàn)兩個(gè)Bragg衍射峰。在膠體晶體凝膠記錄區(qū)的反射光譜中的兩個(gè)Bragg衍射峰的間距是隨記錄圖像性質(zhì)而變化。減小觀察膠體

8、晶體凝膠的視角，膠體晶體凝膠上記錄的圖像是漸漸減弱；增大浸泡膠體晶體凝膠的乙醇溶液的濃度，膠體晶體凝膠上記錄的圖像漸漸增強(qiáng)。通過自然干燥膠體晶體凝膠的方法，實(shí)現(xiàn)膠體晶體凝膠上記錄的圖像收縮隱形和膨脹再現(xiàn)；通過水解膠體晶體凝膠和提高浸泡液的離子強(qiáng)度的方法，實(shí)現(xiàn)膠體晶體凝膠上記錄的圖像膨脹隱形和收縮再現(xiàn)。 六、制備了Pb<'2+>敏感的智能雙膠，該膠由一層響應(yīng)層和一層非響應(yīng)層組成。當(dāng)Pb<'2+>敏感智能雙膠浸泡于Pb<'2+>溶液