[发明专利]一种光子晶体水凝胶薄膜及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种光子晶体水凝胶薄膜及其制备与应用，其中该光子晶体水凝胶薄膜包括聚丙烯酰胺凝胶、以及分布在该聚丙烯酰胺凝胶内的Fe3O4@C纳米粒子，其中所述Fe3O4@C纳米粒子为Fe3O4表面包覆有C材料的纳米粒子，所述Fe3O4@C纳米粒子在所述聚丙烯酰胺凝胶中沿某一方向呈链状排列，该Fe3O4@C纳米粒子在该光子晶体水凝胶薄膜中的浓度为1～50mg/mL。本发明通过对光子晶体水凝胶薄膜中关键的掺杂粒子的种类、尺寸及其分布方式，以及相应制备方法进行改进，与现有技术相比能够有效解决甲醛检测昂贵且操作繁琐的问题，为溶液中甲醛的检测提供了新途径。

技术领域

本发明属于光子晶体材料领域，更具体地，涉及一种光子晶体水凝胶薄膜及其制备与应用，该光子晶体水凝胶薄膜裸眼可见、且具有特异性甲醛响应。

背景技术

光子晶体是具有不同介电常数的介质周期性排列而成的微结构。光子晶体的主要特点是光子禁带，可以选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中；因此具有特定的反射波长，当反射波长处于可见光波段时即呈现裸眼可见的结构色。由于光子晶体的独特光学性质，其在显示、编码、传感、防伪及光纤等领域均具有潜在应用。

甲醛已被广泛应用于纺织、化工、室内装潢等领域，但它是一种典型的室内污染物，而且被世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)分为一级致癌物，研究已充分证明甲醛会引发鼻咽癌、鼻窦癌、肺癌及血癌等。目前，甲醛的检测方法主要有红外光谱法、荧光光谱法、分光光度法、电化学法等。然而，上述方法需要使用昂贵的仪器或操作比较繁琐，限制了这些方法的广泛应用。国际光学工程学会(Proc.Spie.2014,9141,1-7)报道了一种通过电子束平板印刷的方法制备出甲醛响应性的光子晶体薄膜的方法。该方法是通过气体导致光子晶体薄膜的折射系数变化来进行检测甲醛。然而不同气体的折射系数相差不大，因此该传感材料没有很好的特异性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种光子晶体水凝胶薄膜及其制备与应用，其中通过对光子晶体水凝胶薄膜中关键的掺杂粒子的种类、尺寸、添加量及其分布方式，以及相应制备方法中关键的流程工艺的整体设计、各个步骤的反应参数条件(包括反应物的种类与配比、反应温度与时间等)进行改进，与现有技术相比能够有效解决甲醛检测昂贵且操作繁琐的问题，为溶液中甲醛的检测提供了新途径，该光子晶体水凝胶薄膜造价低廉，应用于甲醛的裸眼检测时具有操作简单，并且该光子晶体水凝胶薄膜对甲醛具有良好的特异性，检测准确性高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光子晶体水凝胶薄膜，其特征在于，包括聚丙烯酰胺凝胶、以及分布在该聚丙烯酰胺凝胶内的Fe3O4@C纳米粒子，其中所述Fe3O4@C纳米粒子为Fe3O4表面包覆有C材料的纳米粒子，所述Fe3O4@C纳米粒子在所述聚丙烯酰胺凝胶中沿某一方向呈链状排列，该Fe3O4@C纳米粒子在该光子晶体水凝胶薄膜中的浓度为1～50mg/mL。

作为本发明的进一步优选，所述Fe3O4@C纳米粒子的粒径为100～180nm。