[发明专利]利用微反应装置及外加磁场制备显色光子晶体微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体微球材料的制备领域，特别涉及一种利用微反应装置及外加磁场制备显色光子晶体微球的方法。

背景技术

自然界中存在着许多的结构色，如多彩的蛋白石、孔雀羽毛等，但是直到1873年Maxwell建立电磁理论以后，人们才能对光的反射、折射、散射、衍射和干涉等光学效应做出定量的处理。在1987年，E.Yabnolovitch和S.John分别在Physical review letters上提出了光子晶体的概念，标志着结构色的研究进入一个新时代。基于光子能带理论，我们可以对生物体中的一维、二维甚至是复杂的三维光子结构作出统一的理论分析，理解它们产生的独特光学效应。在随后的十几年中，围绕着禁带，又发现了许多新奇的物理现象和物理应用。由于这一领域的迅猛发展，光子晶体受到了国内外研究学者的广泛关注，而基于光子晶体的结构显色更是国际学术界的研究热点之一。

近年来，在光子晶体结构色材料的制备领域，国内外的研究者一直在不断探索：例如将二氧化硅微球（SiO₂）、聚苯乙烯微球（PS）自组装形成光子晶体后，通过改变粒径、空隙填充物、外部刺激作用等可实现材料的颜色变化。G.A.Ozin等将SiO₂微球与聚合物聚二茂铁基硅烷（PFS）相结合制备成有机-无机光子晶体，通过外界溶剂的变化而实现体系不同的溶胀率，从而得到光子晶体显示器，与单纯利用SiO₂或PS球组装的光子晶体相比具有可大面积制备的优点，并且可实现红、绿、蓝颜色的变化。S.M.Yang等利用微流控技术将SiO₂纳米球组装在凝胶微球的表面，研究发现在表面呈现明显的结构色，这在微流体技术领域有着重要的应用。这些结构显色技术虽然在显示、检测领域有广阔的发展前景，但制备过程中采用平面或微球作为组装基板，而平面或微球基板的制备过程较为复杂，而且基板的均一性很难得到保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用微反应装置及外加磁场制备显色光子晶体微球的方法，该方法简单易行，对磁场控制光子晶体结构的制备具有重要的价值。

本发明的一种利用微反应装置及外加磁场制备显色光子晶体微球的方法，包括：

（1）选取内径比为5:2的两种聚四氟乙烯微管，密封接口处，即得微流反应器；

（2）室温条件下，将二茂铁、丙酮、双氧水混合，搅拌，得到反应溶液，然后在180-210℃进行水热反应60-72h，冷却至室温，离心洗涤，得到Fe₃O₄纳米球，然后分散在溶剂中，得到分散液；将分散液和聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA混匀，蒸发溶剂后加入紫外光引发剂，得到高分子单体乳液Fe₃O₄/PEGDA；其中分散液和聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA的体积比为1:4-4:5；其中二茂铁的质量为0.3g-0.7g，紫外光引发剂安息香二甲醚DMPA的质量为0.5g-1.5g，丙酮和双氧水的比例为30:1-20:1；

（3）将单体乳液和食用油同时注入微流反应器中，得到球状液滴，然后进行外加磁场作用，固化，即得显色光子晶体微球。

所述步骤（1）中微流反应器制备的具体操作为：将选取的两种聚四氟乙烯微管，截取一段较大直径聚四氟乙烯微管，两段相同较小直径聚四氟乙烯微管，然后将两段较小直径聚四氟乙烯微管部分插入较大直径聚四氟乙烯微管中，密封接口处，即得微流反应器。

所述截取的较大直径聚四氟乙烯微管和较小直径聚四氟乙烯微管的长度比为15-25:10-20；两段较小直径聚四氟乙烯微管在较大直径聚四氟乙烯微管内部插入部分的长度比为1:4-3:5。

所述步骤（1）中密封为用环氧树脂和二乙烯三胺的混合物进行密封，密封时间为3-10h；其中环氧树脂和二乙烯三胺的质量比为1:20-1:4。

所述步骤（2）中水热反应在反应釜中进行，反应釜的容积为80ml；丙酮体积为反应釜体积的1/2～4/5，双氧水的体积为丙酮的1/24～1/15。

所述步骤（2）中搅拌速率为300-800rpm，搅拌时间为10-40min。

所述步骤（2）中溶剂为丙酮；蒸发溶剂的温度为40-70℃，蒸发时间为8-24h。

所述步骤（2）中紫外光引发剂为安息香二甲醚DMPA、2-羟基-2-甲基丙苯酮中的一种。

所述步骤（3）中单体乳液和食用油的注射速率比为1:20-1:10。