[发明专利]一种具有缺陷的响应性光子晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有缺陷的响应性光子晶体的制备方法，其特征在于，将单体N‑异丙基丙烯酰胺等加入去离子水中进行反应，然后加入引发剂继续反应，得到纳米水凝胶PNIPAM；加入交联剂，再加入单体丙烯酸等，得到纳米水凝胶PNIPAM/PAA；依次加入不同浓度的Fe²⁺等，得到纳米水凝胶IPN/Fe₃O₄；加入单体N‑异丙基丙烯酰胺等，升温反应，加入引发剂继续反应，得到纳米水凝胶PNIPAM@(IPN/Fe₃O₄)；将IPN/Fe₃O₄与其混合，浓缩得到具有缺陷的响应性光子晶体。该光子晶体对温度具有响应性，在温度升高时，缺陷消失，冷却至室温时，缺陷出现。

技术领域

本发明涉及一种具有缺陷的响应性光子晶体的制备方法，属于纳米水凝胶光子晶体的制备技术领域。

背景技术

光子晶体(是一种由两种或者两种以上具有不同折射率的材料在一定的空间内有序排列而成的具有周期性结构的材料。这种独特的周期性结构会使电磁波产生“布拉格散射”，从而形成“光子禁带”。当光波频率落在禁带中时，光便不能进行传播。光子带隙与光子晶体的晶格常数、结构、材料填充比和材料的折射率等有关。因此我们可以通过改变这些因素，造出不同种类、不同功能的光子晶体材料。光子晶体的另一项重要特征是光子晶体的局域性，即当光子晶体材料具有某种缺陷时(光子晶体的有序度被破坏)，光子晶体中部分原有的周期排列被破坏，对应的光子禁带位置也发生相应的变化。在光子晶体中，缺陷形式主要有点缺陷、线缺陷、面缺陷等，通过人为制造某种缺陷从而控制光在光子晶体内部的传播方式。具有缺陷的光子晶体可以应用于光波导，激光发射器，增加或抑制自发辐射等。

目前，制备具有缺陷的光子晶体的方法有机械加工法，激光刻蚀法，电刻蚀法等，虽然这些方法具有设计灵活性，但它们耗时长，操作繁杂，不适用于大规模生产。相比于这些方法，水凝胶颗粒自组装的方法具备操作简单，制作成本低以及耗时短等特性。例如，C.López等通过对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂聚苯乙烯微球(PS)，胶体颗粒自组装后呈现具有缺陷的光子晶体，并通过调节PS的用量以及粒径调节光子晶体的无序程度，从而调控其光子禁带的性质

(Palacios-Lidon E，Juarez B H，Castillo-Martinez E，et al.Optical andmorphological study of disorder in opals[J].Journal ofApplied Physics，2005，97(6)：063502-063502-7.)。此外，Koen Clays在SiO₂组装的光子晶体，通过掺杂不同粒径的SiO₂颗粒，制备具有面缺陷的光子晶体(Kurt Wostyn，Yuxia Zhao，G D S，etal.Insertion of a Two-Dimensional Cavity into a Self-Assembled ColloidalCrystal[J].Langmuir，2003，19(10)：4465-4468.)。然而，这类具有缺陷的光子晶体对外界刺激无响应性，限制了其的应用范围。目前，在响应性水凝胶光子晶体中可控引入缺陷的方法少有报道。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种具有缺陷的响应性光子晶体的制备方法，其应用范围广。

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有缺陷的响应性光子晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、交联剂、乳化剂加入去离子水中，室温充氮排氧，搅拌溶解，氮气气氛下进行反应，然后加入引发剂继续反应，经透析，得到温敏性的纳米水凝胶PNIPAM；