[发明专利]一种用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法，所述的乳液的乳胶粒为核壳结构的微球——聚醋酸乙烯酯包裹的聚苯乙烯胶体微球(P(St‑MA)@PVAc)，在聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚苯乙烯(PS)之间通过马来酸酐作为桥接单体使得苯乙烯(St)与醋酸乙烯酯(VAc)共聚。制备出的胶体微球其特征尺寸在180‑300nm之间，多分散性指数(PDI)小于5％。得益于PVAc的低玻璃化温度及其可做粘合剂使用，构建出的胶体光子晶体具有较高的强度与附着力。

技术领域

本发明涉及一种用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法。

背景技术

光子晶体是一种介电常数周期性变化的材料，有与具备可操纵、调控光的的能力而被广泛关注。1999年，美国Science杂志将光子晶体列为了未来科学的6大研究热点之一。通过胶体微球的有序堆积，可以构建出禁带位于可见光范围的胶体光子晶体，其被广泛用于化学与生物传感器，全色显示、生物检测等领域。最常用于构建胶体光子晶体的通常是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、二氧化硅(SiO₂)、聚苯乙烯(PS)等硬质单球。这类硬质单球组装出的胶体光子晶体由于小球之间相互作用力弱而容易被外环境破坏。这限制了胶体微球的进一步的应用，也难以满足胶体微球在实际应用中的需求。

为了提高胶体光子晶体的强度，最常用的方式在于在微球之间引入氢键作用，如在微球表面接枝氨基，羧基等功能性基团，提高微球间的相互作用力，但这种方式的增强效果有限。或是在微球间填充粘性物质，但由于填充物质折射率往往比空气更高，使得胶体光子晶体的禁带红移至可见光范围外，造成结构色消失。这些方式中，胶体光子晶体在微观结构中依旧是由单个独立微球构建成。如何构建出具备整体高强度结构的光子晶体依旧是个挑战。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种粒径可控的，简单易操作的构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法。

本发明的技术方案为：一种用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法，其具体步骤如下：

a.将苯乙烯单体St先用碱液进行清洗，再用无水氯化钙进行干燥；

b.将步骤a清洗干燥过的St、碳酸氢钠NaHCO₃、非离子表面活性剂和去离子水搅拌均匀；

c.将步骤b得到的溶液加入到容器中，机械搅拌，全程氮气保护；

d.加热至75～95℃温度；

e.加入引发剂，引发聚合反应，反应0.5～3h后降温至60～70℃；

f.在温度为60～70℃时，加入马来酸酐MA，反应10～30min；

g.加入醋酸乙烯酯单体(VAc)；

h.反应20～60min后，补加引发剂；

i.继续反应1～5h后停止加热，将所得乳液用滤布进行过滤，除去反应中生成的凝胶，最终得到用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液。

优选步骤a中所述的碱液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中的一种或两种；碱液的质量分数为5～10％。

优选步骤b中所述的非离子表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP k-30)、壬基酚乙氧基化物(CO 897)、聚乙二醇或壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)中的一种或多种混合物。

优选步骤b中所述的St、非离子表面活性剂、NaHCO₃、H₂O的质量比为1：(0.02～0.06)：(0.007～0.04)：(3～15)。

优选步骤c中所述的机械搅拌转速为170～320rpm。

优选步骤e中所述的引发剂为过硫酸铵(APS)或过硫酸钾(KPS)中的一种或两种混合物。