[发明专利]一种分子型胶体光子晶体微珠的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体微珠的制备方法，更具体地说涉及一种分子型胶体光子晶体微珠的制备方法。

背景技术

胶体光子晶体微珠因其独特的组装机理，不仅具有长程有序的六方密堆积结构，更重要的是在宏观光学性能上体现出非角度依赖性即全方位光学一致性。这种独特的光子带隙特征使其成为新一代智能材料，在生物检测、光学器件以及化学传感器等方面存在巨大的应用前景。至今为止，已报道的光子晶体微珠有球形、环性、月牙形等诸多结构，然而此类结构的胶体光子晶体微珠只能允许单粒微珠存在一种光子晶体结构色，即结构色的单一性，大大限制了胶体光子晶体微珠的实际应用，因此如何构筑一体多结构单元的微珠成为拓展光子晶体微珠应用领域的关键。

目前，借助组装单元制备高性能的功能材料一直是国内外研究的热点之一，并且已经渗透到多个学科领域。而与胶体粒子的组装机理不同，原子或是分子的组装原理是基于价键理论，因此由分子或是原子构成的目标物体的宏观形貌较为丰富。如果将这种通过价键构筑的概念引进胶体光子晶体微珠的组装领域，势必会大大扩展胶体光子晶体微珠的形貌，得到类似于分子形貌的胶体光子晶体微珠(例如：点状、线状、面状、正四面体、三角双锤等复杂结构)。微流控技术是近几年来发展最为迅速的组装技术，通过微流控技术不仅可以制备均相的胶体光子晶体微珠，还可制备各向异性的微珠，例如结构对称的Janus胶体光子晶体微珠。此类Janus微珠可以赋予颗粒一面光子晶体的光子带隙特性和另一面相反的特性。因此如何借助微流控技术构筑诸如Janus微珠最为高级组装单元，再进一步制备高性能的功能材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分子型胶体光子晶体微珠的制备方法，该方法所制备的分子型胶体光子晶体微珠具有粒径可调，形貌可控、单分散性性优越等特点。同时制备方法具有成本低、易于集成和微型化、制备微珠的单分散性好、可重复性好等优点。

本发明主要通过以下技术方案来实现：

本发明的分子型胶体光子晶体微珠的制备方法，其包括以下步骤：

三相微流控通道的搭建：采用光刻或软刻微加工技术建立微通道网络，或者建立一个T形通道，该T形通道有3个开口，其中一个口为两个分散相入口，一个口为连续相入口，还有1个口为出口；

双面液滴模板的制备：将两个分散相和连续相三种溶液分别装入注射器并与各自的入口连接，用数控微量注射泵控制三相溶液的流速，从出口出得到粒径稳定均匀的双面结构液滴模板；

固液共存Janus微粒的制备：将双面结构的液滴模板干燥固化，得到兼具固体半球与液滴半球于一体的固液共存Janus微粒；

分子型胶体光子晶体微珠的制备：以固液共存Janus微粒为构筑单元，通过外加场对Janus微粒进行精密控制，完成单个液滴模板的可控操作，组装成分子型胶体光子晶体微珠。

本发明的分子型胶体光子晶体微珠的制备方法，其进一步的技术方案是所述的T形通道由平行双通道钢针、聚合物软胶管、三通组成，其中平行双通道钢针为分散相通道，聚合物软胶管为连续相通道；更进一步的技术方案是所述的聚合物软胶管为聚二甲基硅氧烷管、聚氯乙烯管、聚四氟乙烯管或聚醚醚酮管。

本发明的分子型胶体光子晶体微珠的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的微通道网络采用石英片、玻璃片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷微流体芯片制作而成。

本发明的分子型胶体光子晶体微珠的制备方法，其进一步的技术方案还可以是面液滴模板的制备所述的两个分散相一个为水相，另外一个分散相为交联树脂单体和对外加场可产生响应性的纳米粒子的混合溶液，连续相为油相，且水相、混合溶液与油相能够形成稳定的三相界面，其中水相为质量分数20-50%的单分散胶体溶液。其中所述的单分散胶体溶液优选为聚苯乙烯胶体粒子溶液、聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子溶液、二氧化硅胶体粒子溶液和二氧化钛胶体粒子溶液中的一种。所述的交联树脂单体优选为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(EO₃-TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(PO₃-TMPTA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)和二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)中的一种；所述的对外加场可产生响应性的纳米粒子为石墨、铁、四氧化三体、三氧化二铁、钴、镍、银、铜、金纳米粒子中的一种或其组合，也可是其合金纳米粒子。所述的油相优选为甲基硅油、石蜡油和甲苯中的一种。