[发明专利]一种基于纳米粒子的环境温度传感器

说明书

本发明涉及一种基于纳米粒子的环境温度传感器及其制备方法。所述的这种基于纳米粒子的环境温度传感器，其特征在于内核为表面负载金纳米粒子的聚合物微球；外部壳层由温敏单体和荧光单体以及交联剂聚合而成；中间为厚度可控的空腔；粒径可随温度的升高而减小；荧光强度随温度的升高而降低。本发明具有设备简单，操作可控，产品单分散、粒径分布均匀等特点；本发明制备得到的纳米聚合物微球具有蛋黄/壳型结构；本发明制备得到的纳米聚合物微球即具有温度响应又具有温度传感。

技术领域

本发明涉及的是制备一种基于纳米粒子的环境温度传感器，具有蛋黄/壳型结构，其内核粒径可控、空腔尺寸可控，具有温度响应和温度传感两种性能。

背景技术

近年来，纳米技术在许多科学技术领域引起了广泛的重视，成为材料科学研究的热点。纳米聚合物微球是一种具有优良性能的新型高分子材料，特点为比表面积大、价格相对低廉、易回收，按照结构可以分为聚合物囊泡、核/壳型聚合物以及链状聚合物等。核/壳型聚合物微球是由两种或两种以上单体通过聚合而获得的一类复合微球，微球的内核和外壳分别含有不同的成分，具有双层或者多层结构，核与壳分别具有不同的功能。纳米核/壳微球结构被认为是具有高比表面积、孔隙体积大、承载能力强，具有广阔的应用前景。环境响应性聚合物微球要是由一类新型功能性聚合物材料或无机功能性材料组成，其能够对外界环境中的相应的微小刺激产生快速响应，从而在化学性能或物理或结构发生突变包括相转变行为等。外界刺激通常包括温度、微小的环境磁场和pH值的变化，以及CO₂、光、酶或生物分子等，所以一般会分为温敏性、磁性、光刺激、pH敏感、多重响应等其他响应性聚合物微球。环境响应性聚合物微球因其对外界不同刺激产生独特的响应行为而被广泛应用。所以我们将纳米粒子的核/壳结构与温敏性质两者结合，制备一种内核粒径可控，空腔尺寸可控，外部壳层由温敏单体和荧光单体以及交联剂聚合而成的环境温度传感器，其粒径可随温度的升高而减小，具有温度响应性能；荧光强度随温度的升高而降低，具有温度传感性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于纳米粒子的环境温度传感器的制备方法。这种方法采用以表面负载金纳米粒子的聚合物微球为核微球，通过Stober法制备壳层为硅层的核/壳复合微球，再以核/壳复合微球为模板，利用蒸馏沉淀法，引入功能性单体，赋予其温敏和荧光两种性质，经过氢氟酸刻蚀得到温敏杂化蛋黄/壳型荧光聚合物微球，即得到纳米级的环境温度传感器。本发明制备得到的温敏杂化蛋黄/壳型荧光聚合物微球呈单分散，粒径均匀；内核为表面负载金纳米粒子的聚合物微球，粒径大小可控，核微球粒径可控制在100nm-2.0μm；外部壳层由温敏单体和荧光单体以及交联剂聚合而成；中间为厚度可控的空腔，空腔尺寸可控制在30nm-100nm；粒径可随温度的升高而减小，具有温度响应性能；荧光强度随温度的升高而降低，具有温度传感性能。

(二)技术方案

本发明所采用的技术方案如下：

本发明首先提供一种基于纳米粒子的环境温度传感器，其特征在于：内核为表面负载金纳米粒子的聚合物微球；外部壳层由温敏单体和荧光单体以及交联剂聚合而成；中间为厚度可控的空腔；粒径可随温度的升高而减小；荧光强度随温度的升高而降低。

所述的一种基于纳米粒子的环境温度传感器，其特征在于，内核聚合物微球可以由甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)、1-乙烯基咪唑(VI)以及丙烯酰胺(AAm)四种单体中的一种单体和交联剂聚合而成；外部壳层温敏单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和荧光单体N-乙烯基咔唑(NVC)以及交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)聚合而成。

本发明还提供了一种基于纳米粒子的环境温度传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)聚合物核微球的制备，将单体、交联剂、引发剂溶于无水乙腈体系中，超声分散均匀，采用蒸馏沉淀法制备得到聚合物核微球，通过改变单体和交联剂的种类和配比控制微球的粒径大小，核微球粒径可控制在100nm-2.0μm；