快速响应的光子晶体异质凝胶材料、其制备方法及应用

1.本发明涉及磁性纳米光电材料的制备领域，特别是涉及一种快速响应的光子晶体异质凝胶材料、其制备方法及应用。


背景技术：

2.响应性光子晶体纳米链作为最小显色单元（nano letter. 2020年，第20卷，803页），以其独特的结构优势——纳米尺度的响应性凝胶作为壳层将等间距单分散的磁性粒子包裹成“豆荚”结构——在传统的响应性光子晶体传感器中脱颖而出，纳米尺寸的响应性聚合物壳层能够使离子或其他物质快速扩散，并且也能够更快地达到溶胀收缩平衡，从而实现快速响应（光子带隙可调的柔性光子纳米链及其制备方法和应用cn104629232a）。依据此原理制备出了温敏响应型光子晶体纳米链（调控fe3o4@pvp@pnipam磁性光子晶体纳米链粒子间距的方法cn110423305a）和葡萄糖响应型光子晶体纳米链（葡萄糖响应性光子晶体传感器、其制备方法及使用方法cn110987820a）等功能光子晶体材料。
3.但目前发展的响应性光子晶体纳米链仅能悬浮分散在液体之中，需要持续施加磁场，使光子纳米链保持取向性才能显示出颜色。此外，在需要重复使用时，清洗再分散的过程容易造成光子纳米链的损耗、缠结或断裂，导致光学性能变差。最后链状结构悬浮于液体之中，随溶液漂移，易造成样品的污染。上述不足限制了其在电致变色、温致变色、显示器件和传感等领域的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一在于提供一种快速响应的光子晶体异质凝胶材料，针对现有响应性光子纳米链在使用中易损耗、缠结、断裂、污染样品且只能在持续施加磁场下才能使用的缺点，将响应性光子纳米链作为分散相取向后固定在非响应性连续相基体材料之中。响应性光子晶体纳米链固定后无需磁场也可显示出结构色，重复稳定性好且响应速度快。
5.本发明的目的之二在于提供一种快速响应的光子晶体异质凝胶材料的制备方法，方法简便，易于控制，且生成产物无毒无害，对环境友好。
6.本发明的目的之三在于提供一种快速响应的光子晶体异质凝胶材料的应用。
7.本发明实现目的之一采用的技术方案为：一种快速响应的光子晶体异质凝胶材料，由响应性光子晶体纳米链在磁场下取向后作为分散相固定在非响应性连续相基体材料中构成，所述响应性光子晶体纳米链是由单分散的磁性纳米粒子在响应性凝胶壳层中等粒子间距排列而成的一维纳米结构，发生响应时，响应性光子晶体纳米链的壳层物质发生收缩或膨胀，导致光子晶体纳米链中的粒子间距发生变化，使光子纳米链的颜色发生变化。但此时作为非响应性连续相基体材料的体积不会发生变化。
8.优选地，所述磁性纳米粒子至少含有铁、钴、镍中的至少一种元素。
9.优选地，所述响应性光子晶体纳米链包括对离子、分子、温度、电场中至少一种响应的光子晶体纳米链。
10.优选地，所述响应性凝胶壳层包括ph响应性聚合物、溶剂响应性聚合物、温度响应性聚合物、糖类响应性聚合物和电场响应性聚合物等。
11.优选地，所述响应性凝胶壳层至少包含以下一种基团：羧酸、氨基、磺酸、羟基、吡啶基、磷酸、酰胺、苯硼酸基团。ph响应性聚合物包括但不限于聚丙烯酸（paa）、聚甲基丙烯酸（pmaa）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚n-丙烯酰胺基丙烯酸等中的至少一种；离子响应性聚合物包括但不限于paa、pmaa、聚苯乙烯苯磺酸、聚甲基丙烯酸磺酸、聚丙烯酸硫酸等中的至少一种；温敏响应性聚合物包括但不限于聚n-羟乙基丙烯酰胺、聚（n-异丙基丙烯酰胺）（pnipam）、聚（n-异丙基甲基丙烯酰胺）、聚n,n-二乙基丙烯酰胺等中的至少一种；溶剂响应性聚合物包括但不限于聚甲基丙烯酸羟乙酯（phema）、聚甲基丙烯酸甲酯等中的至少一种；糖类响应性聚合物包括但不限于聚3-丙烯酰胺基苯硼酸（paapba）、聚3-甲基丙烯酰胺基苯硼酸、聚4-乙烯基苯硼酸等中的至少一种；电场响应性聚合物包括但不限于paa、pmaa、phema、聚甲基丙烯酸甲酯、聚n-丙烯酰胺基丙烯酸等中的至少一种。
12.优选地，所述非响应性连续相基体材料为针对检测环境不发生响应的材料。所述非响应性连续相基体材料为当包埋在其中的光子晶体纳米链发生响应时，自身不发生响应的多孔材料，且与包埋在其中的响应性光子晶体纳米链壳层物质不为同一种。
13.响应性光子晶体纳米链具备离子、分子、温度和电场响应性，并且由于外层包裹的响应性凝胶厚度在数十纳米级别，保证了其快速响应的特点；其响应原理在于响应性凝胶壳层在接触到特定物质时或受到外界环境的影响时，壳层会发生体积的变化改变粒子间距，从而衍射出不同波长的颜色光。
14.优选地，离子响应包括ph响应、离子强度响应、离子选择响应和离子交换响应等中的至少一种；分子响应包括溶剂响应、糖类响应、生物分子响应等中的至少一种。
15.电场响应包括ph电场响应、离子电场响应和电场力响应等中的至少一种；ph电场响应为通过电解水的方式在正负极产生氢离子和氢氧根离子从而使ph响应性光子晶体纳米链发生变化；离子电场响应为通过电场的方式控制体系中离子的定向迁移在正负极之间产生浓度梯度从而对不同区域的链形成不同程度的静电屏蔽影响进而实现衍射波长的变化；电场力响应是响应性光子晶体的响应性凝胶壳层的主链上固定有带电基团从而受到电场效应的影响，进而改变衍射波长。
16.作为连续相的非响应性材料基体作为支架起到支撑响应性光子晶体纳米链的作用，并且不会被响应物质或环境的改变影响；在固化前非响应性材料为液态，可以通过化学或物理等方式将其固化。
17.优选地，所采用的非响应性连续相基体材料包括聚丙烯酰胺、琼脂糖、明胶、醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚乙烯醇等中的至少一种。
18.本发明实现目的之二采用的技术方案为：一种所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将响应性光子晶体纳米链分散在含有非响应性连续相基体材料前驱体的溶液中，得到含有链的分散液；步骤二、将步骤一所得分散液置于磁场中，待链取向后将分散液固化变为固体材料，得到快速响应的光子晶体异质凝胶材料。
19.优选地，所述步骤一中，分散液中响应性光子晶体纳米链的浓度为1~100mg/ml。
20.优选地，所述步骤一中，非响应性连续相基体材料在前驱液中的浓度为0.001~0.5g/ml。
21.优选地，所述步骤二中，磁场大小50~3000高斯。
22.优选地，磁场大小可根据需要选择，磁场强度越大，越好取向，本发明中受限于常用磁场发生设备，磁场大小为50~1000高斯。
23.本发明中响应性光子晶体纳米链的制备方法为：（1）将单分散的磁性纳米粒子与聚合单体、引发剂、交联剂、溶剂混合均匀，得到预聚液；（2）将所述步骤（1）得到的预聚液置于外加磁场下，引发聚合，得到响应性光子晶体纳米链；其中，所述步骤（1）中，聚合单体为ph响应性功能单体或ph响应性功能单体与非ph响应性单体的混合物；ph响应性功能单体为含有可电离基团的聚合物单体中的至少一种，非ph响应性单体为丙烯酰胺、羟丙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种；所述磁性纳米粒子的粒径大小为50-300nm；或者，所述步骤（1）中，聚合单体为葡萄糖响应性功能单体或葡萄糖响应性功能单体与非响应性材料的混合物；葡萄糖响应性功能单体为3-丙烯酰胺基苯硼酸、3-甲基丙烯酰胺基苯硼酸、4-乙烯基苯硼酸、2-氨基苯硼酸、3-氨基苯硼酸、4-氨基苯硼酸、2-氨基-5-氟苯硼酸、2-氨基-4,5-二氟苯硼酸中的至少一种，非葡萄糖响应性单体为丙烯酰胺、n-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺、n-(2-羟丙基)丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、n-三羟甲基甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述磁性纳米粒子的粒径大小为50-300nm；或者，所述步骤（1）中，聚合单体为温敏响应性功能单体或温敏响应性功能单体与非响应性材料的混合物；温敏响应性功能单体为n-异丙基丙烯酰胺或n-异丙基甲基丙烯酰胺中的至少一种，非温敏响应性单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、n-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述磁性纳米粒子的粒径大小为50-300nm。
24.本发明实现目的之三采用的技术方案为：一种所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料的应用，将其应用于电致变色、温致变色、显示器件和传感等领域。
25.所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料可以通过更换非响应性连续相基体材料中固定的响应性的光子晶体纳米链实现对外界物理化学刺激产生响应的功能，可以运用于电致变色、温致变色、显示器件、光电开关转换器和传感等领域。
26.本发明的快速响应的光子晶体异质凝胶材料中，响应性光子晶体纳米链可以实现秒级的响应速度——将环境刺激信号快速转化为光学信号，而多孔的非响应性材料类似于一种支架，固定响应性光子晶体纳米链使其维持取向性、重复稳定性的同时，其中的多孔结构还保证了离子、分子或其他物质在非响应性材料中扩散的速率接近或等于在纯液体环境中的扩散速度。同时非响应性连续相基体材料自身不会该材料在电致变色、温致变色、显示器件和传感等领域有巨大的应用前景。
27.本发明具有以下优点：（1）本发明的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，使用非响应性连续相基体材料将响应性光子晶体纳米链固定下来，显著提高了链的稳定性，纳米链分散在液体中使用时易出现损耗、缠结、断裂、污染样品等情况，随着测试次数的增加链的量会越来越少，光学性
能也会变差，而固定后的异质材料可以有效解决链在使用过程中的以上问题。
28.（2）本发明的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，当响应性光子晶体纳米链在固定之前先在磁场下取向，固定后无需磁场也可显示出结构色。链分散在被检测溶液中时是处于非取向状态，不施加磁场无法显示出稳定的结构色，并且在一些分散不好的体系中链非常容易受到磁吸引力的作用而沉底，所以通过将链取向后固定的方式显著提升了链的使用便利性。
29.（3）本发明的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，非响应性材料固定的响应性光子晶体纳米链由于其表面的聚合物层只有几十纳米，响应速度在秒级，可控孔隙大小的非响应性材料可以使被测物质在其中快速扩散传递，所以最后制备成的光子晶体异质凝胶材料的响应速度也均能在1分钟内完成响应。
30.（4）本发明的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，该异质凝胶材料可以在固化时形成不同的形状，在传感领域可以制备成薄膜或各种适应被测环境的形状，在开关转换器领域可以制备成球状使其具有更快地开关速度，在显示器件领域可以制备成半球状以实现低角度依赖性。
31.（5）本发明的制备方法简便，易于控制，且生成产物无毒无害，对环境友好。
32.（6）本发明的快速响应的光子晶体异质凝胶材料在电致变色、温致变色、显示器件和传感等领域有巨大的应用前景。
附图说明
33.图1为本发明的实施例1中快速响应光子晶体异质凝胶材料的实物图；图2为本发明的实施例1中响应性光子晶体纳米链的场发射扫描电镜图及光子晶体纳米链在预聚液中磁场下取向的光学显微图，其中（a）为场发射扫描电镜图，（b）为光学显微图；图3为本发明的实施例1中快速响应光子晶体异质凝胶材料平行于取向方向截面的扫描电镜图、平行于取向方向截面的光学显微图像和垂直于取向方向截面的光学显微镜图，其中（a）为平行于取向方向截面的扫描电镜图，（b）为平行于取向方向截面的光学显微图，（c）为垂直于取向方向截面的光学显微镜图；图4为本发明快速响应光子晶体异质凝胶材料制备及响应原理示意图；图5为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在不同ph条件下的衍射光峰位移动点线图；图6为本发明的实施例1中快速响应光子晶体异质凝胶材料在切换不同ph条件下快速响应衍射峰位随时间变化的关系图；图7为本发明的实施例1中快速响应光子晶体异质凝胶材料在切换不同ph条件下的循环稳定性图和样品放置3个月之后测试的循环稳定性结果图，其中（a）为不同ph条件下的循环稳定性图，（b）为样品放置3个月之后测试的循环稳定性结果图；图8为本发明的实施例2中电场响应的琼脂异质膜在通电条件下颜色随时间变化的光学显微图；图9为本发明的实施例3中快速响应光子晶体异质凝胶材料在切换不同溶剂环境（二甲亚砜-去离子水）中衍射峰位随时间变化的关系图及循环稳定性图，其中（a）为衍射峰
位随时间变化的关系图，（b）为循环稳定性图；图10为本发明的实施例4中快速响应光子晶体异质凝胶材料在切换葡萄糖溶液浓度（葡萄糖溶液-去离子水）时衍射峰位随时间变化的关系图及循环稳定性图，其中（a）为衍射峰位随时间变化的关系图，（b）为循环稳定性图；图11为本发明的实施例5中快速响应光子晶体异质凝胶材料在切换ph条件下衍射峰位随时间变化的关系图及循环稳定性图，其中（a）为衍射峰位随时间变化的关系图，（b）为循环稳定性图；图12为本发明的实施例6中快速响应光子晶体异质凝胶材料形成半球状的内部结构示意图；图13为本发明的实施例10中快速响应光子晶体异质凝胶材料在不同电压下发生的衍射峰位移动点线图；附图标记说明10、响应性聚合物；20、磁性纳米粒子；30、响应性磁性光子纳米链；40、非响应性材料。
具体实施方式
34.下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
35.采用在先的申请专利号为cn104629232a、cn110423305a（温度响应）、cn110987820a（葡萄糖响应）的专利中的制备方式制备了响应性磁性纳米链。
36.本发明实施例中采用的响应性聚合物材料均为现有技术公开的材料，均能实现本技术的发明目的，并非仅仅包含本实施例中记载的响应性材料。
37.实施例1（离子响应：ph响应）（1）取40μl浓度为0.1g/ml二甲亚砜（dmso）溶解的琼脂糖溶液，加热后加入80μl的dmso和280μl的水混合均匀获得预聚液，将ph响应的光子晶体纳米链分散进上述预聚液，得到链的分散液。
38.（2）将步骤（1）制备的分散液在水浴锅中加热至80℃，摇晃均匀，取适量分散液滴在两玻璃板之间，施加磁场待其冷却固化，得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用去离子水冲洗两遍待用，如图1所示，磁场大小400gs。
39.根据图1中本实施例产物的数码图片的俯视图像，从图中可以看出在没有施加磁场时材料也可以衍射出结构色，本实施例中的快速响应异质凝胶材料为直径2cm的圆形薄膜，在其他实施例中可以根据需要改变其形状尺寸，本发明的快速响应异质凝胶材料的功能不受形状和尺寸的约束。
40.图2为本实施例于步骤2中制备的ph响应性光子纳米链的扫描电镜图及链在步骤3中分散于预聚液中施加磁场取向后的光学显微图，其中（a）为扫描电镜图，（b）为链在步骤3中分散于预聚液中施加磁场取向后的显微图。
41.图3为本实施例于步骤4中制备的ph响应物理固定异质凝胶膜平行于取向方向截面的扫描电镜图、平行于取向方向截面的光学显微图像和垂直于取向方向截面的光学显微镜图，其中（a）为平行于取向方向截面的扫描电镜图，（b）为平行于取向方向截面的光学显
微图，（c）为垂直于取向方向截面的光学显微镜图。
42.图4为异质凝胶膜的制备及响应原理示意图。
43.图5为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在不同ph条件下的衍射光峰位移动点线图。
44.图6为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在切换ph为4.0到8.0缓冲溶液时快速响应衍射峰位随时间变化的关系图，从图中可以看出该材料在30s时达到稳态。
45.图7为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在循环切换ph为4.0到8.0缓冲溶液时的循环稳定性图及将异质凝胶膜放置3个月后测试其循环稳定性的结果图，其中（a）为不同ph条件下的循环稳定性图，（b）为将异质凝胶膜放置3个月后测试其循环响应性的结果图。
46.实施例2（离子响应：电场响应）（1）取40μl浓度为0.1g/ml dmso溶解的琼脂糖溶液，加热后加入80μl的dmso和280μl的水混合均匀获得预聚液，将离子响应的光子晶体纳米链分散进上述预聚液，得到链的分散液。
47.（2）将步骤（1）制备的分散液在水浴锅中加热至80℃，摇晃均匀，取适量分散液滴在两玻璃板之间，施加磁场待其冷却固化，得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用离子强度为50mm的氯化钠（nacl）溶液清洗两遍，待其充分溶胀平衡，将异质凝胶膜放置在两片氧化铟锡（ito）导电玻璃之间封装好，在两ito玻璃上分别接上正负极。
48.图8为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在负极区域的颜色随时间的变化光学显微图。
49.实施例3（分子响应：化学固化溶剂响应）（1）将分子响应的光子晶体纳米链分散到由丙烯酰胺（am），bis，hmpp，eg和水组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
50.（1）将步骤（2）制备的预聚液取适量置于两玻璃板之间，施加磁场30s，保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合6min后制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用去离子水冲洗两遍待用。
51.图9为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在切换不同溶剂环境（二甲亚砜-去离子水）中衍射峰位随时间变化的关系图及循环稳定性图，其中（a）为衍射峰位随时间变化的关系图，（b）为循环稳定性图。
52.实施例4（分子响应：葡萄糖响应）（1）将葡萄糖响应的光子晶体纳米链分散到由am，bis，hmpp，eg和水组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
53.（2）将步骤（1）制备的预聚液取适量置于两玻璃板之间，施加磁场30s，保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合6min后制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用去离子水冲洗两遍待用。
54.图10为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在切换葡萄糖溶液浓度（葡萄糖溶液-去离子水）时衍射峰位随时间变化的关系图及循环稳定性图，其中（a）为衍射峰位随时间变化的关系图，（b）为循环稳定性图。
55.实施例5（ph异质膜化学固化）（1）将ph响应的光子晶体纳米链分散到由am，bis，hmpp，eg和水组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
56.（2）将步骤（1）制备的预聚液取适量置于两玻璃板之间，施加磁场30s，保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合6min后制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用去离子水冲洗两遍待用。
57.图11为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在切换不同ph（ph为4~8）环境下衍射峰位随时间变化的关系图及循环稳定性图，其中（a）为衍射峰位随时间变化的关系图，（b）为循环稳定性图。
58.实施例6（温敏膜化学固化）（1）将温敏响应的光子晶体纳米链分散到由am，bis，hmpp，eg和水组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
59.（2）将步骤（1）制备的预聚液取适量置于两玻璃板之间，施加磁场30s，保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合6min后制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用去离子水冲洗两遍待用。
60.本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在切换不同温度环境下能够实现100nm波长峰位的快速响应，响应时间在20s内，可循环切换至少10次。
61.实施例7（ph异质pva物理固化膜）（1）将ph响应的光子晶体纳米链分散到由聚乙烯醇（pva），dmso和水组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
62.（2）将步骤（1）制备的预聚液取适量置于两玻璃板之间，施加磁场在-18℃下冷冻6h，然后在室温下解冻4h，循环3次制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用去离子水冲洗两遍待用。
63.实施例8（温敏异质明胶化学固化膜）（1）将温敏响应的光子晶体纳米链分散到由甲基丙烯酰胺基明胶，2-羟基-4-（2-羟乙氧基）-2-甲基苯丙酮（光引发剂2959），聚乙二醇双丙烯酸酯和水组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
64.（2）将步骤（1）制备的预聚液取适量置于两玻璃板之间，施加磁场30s，保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合6min后制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，将得到的光子晶体异质凝胶膜使用去离子水冲洗两遍待用。
65.实施例9（半球状）（1）取40μl浓度为0.1g/ml dmso溶解的琼脂糖溶液，加热后加入80μl的dmso和280μl的水混合均匀获得预聚液，将ph 响应的光子晶体纳米链分散进上述预聚液，得到链的分散液。
66.（2）将步骤（1）制备的光子晶体纳米链分散于琼脂糖溶液中，得到链的分散液，分散液中链浓度为100mg/ml，琼脂糖浓度为0.01g/ml，分散液溶剂中二甲亚砜和水的体积比是3:7。
67.（3）将步骤（2）制备的分散液在水浴锅中加热至80℃，摇晃均匀，取适量分散液滴在下面放置有球形磁铁的平面上，待其冷却固化得到半球状的快速响应光子晶体异质凝
胶，将该异质凝胶使用去离子水冲洗两遍待用，如图12，施加磁场为放射状。
68.图12为本实施例中快速响应光子晶体异质凝胶材料形成半球状的内部结构示意图。
69.实施例10（电场响应：静电屏蔽）（1）将电场相应光子晶体纳米链（本实施例中采用的电场相应光子晶体纳米链与ph响应的光子晶体纳米链一样，ph响应的光子晶体纳米链同时也具备电场响应的效果）分散到由am，bis，hmpp，dmso的nacl溶液组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
70.（2）将步骤（1）制备的预聚液放置在两片ito导电玻璃之间封装好施加磁场60s，保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合6min后制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，在两ito玻璃上分别接上正负极。
71.图13为本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在不同电压下发生的衍射峰位移动点线图，其显色原理在于分散在体系中的钠离子受到电场的作用而定向迁移，在负极区域富集响应性凝胶中的主链基团受到静电屏蔽作用的影响使得响应性凝胶收缩从而使其衍射峰位蓝移。
72.实施例11（电场响应：电场压缩）（1）将ph响应的光子晶体纳米链分散到由am，bis，hmpp，dmso组成的前驱液中，摇晃均匀得到预聚液。
73.（2）将步骤（1）制备的预聚液放置在两片ito导电玻璃之间封装好施加磁场60s，保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合6min后制备得到快速响应的光子晶体异质凝胶膜，在两ito玻璃上分别接上正负极。
74.本实施例所制备的快速响应光子晶体异质凝胶膜在施加8v电场下能够实现118nm波长峰位的移动。
75.以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种快速响应的光子晶体异质凝胶材料，其特征在于：由响应性光子晶体纳米链在磁场下取向后作为分散相固定在非响应性连续相基体材料中构成，所述响应性光子晶体纳米链是由单分散的磁性纳米粒子在响应性凝胶壳层中等粒子间距排列而成的一维纳米结构，发生响应时，响应性光子晶体纳米链的壳层物质发生收缩或膨胀，导致光子晶体纳米链中的粒子间距发生变化，使光子纳米链的颜色发生变化，同时非响应性连续相基体材料的体积不会发生变化。2.根据权利要求1所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，其特征在于：所述磁性纳米粒子含有铁、钴、镍中的至少一种元素。3.根据权利要求1所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，其特征在于：所述响应性光子晶体纳米链包括对离子、分子、温度、电场中至少一种响应的光子晶体纳米链。4.根据权利要求3所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，其特征在于：所述离子响应包括ph响应、离子强度响应、离子选择响应、离子交换响应中的至少一种；分子响应包括溶剂响应、糖类响应、生物分子响应中的至少一种，电场响应包括ph电场响应、离子电场响应和电场力响应中的至少一种。5.根据权利要求3所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料，其特征在于：所述响应性凝胶壳层包含羧酸、氨基、磺酸、羟基、吡啶基、磷酸、酰胺、苯硼酸基团中的至少一种。6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将响应性光子晶体纳米链分散在含有非响应性连续相基体材料的前驱体溶液中，得到含有链的分散液；步骤二、将步骤一所得分散液置于磁场中，待链取向后将分散液固化变为固体材料，得到快速响应的光子晶体异质凝胶材料。7.根据权利要求6所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，分散液中响应性光子晶体纳米链的浓度为1~100mg/ml。8.根据权利要求6所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，非响应性连续相基体材料在前驱液中的浓度为0.001~0.5g/ml。9.根据权利要求6所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，磁场大小为50~3000高斯。10.一种根据权利要求1-5中任一项所述的快速响应的光子晶体异质凝胶材料的应用，其特征在于：将其应用于电致变色、温致变色、显示器件、光电开关转换器和传感领域。

技术总结
本发明涉及磁性纳米光电材料的制备领域，特别是涉及一种快速响应的光子晶体异质凝胶材料、其制备方法及应用，由响应性光子晶体纳米链在磁场下取向后作为分散相固定在非响应性连续相基体材料中构成，所述响应性光子晶体纳米链是由单分散的磁性纳米粒子在响应性凝胶壳层中等粒子间距排列而成的一维纳米结构，发生响应时，响应性光子晶体纳米链的壳层物质发生收缩或膨胀，导致光子晶体纳米链中的粒子间距发生变化，使光子纳米链的颜色发生变化，同时非响应性连续相基体材料的体积不会发生变化。显著提高了链的稳定性，无需磁场也可显示出结构色，响应快，制备方法简便，对环境友好，在电致变色、温致变色、显示器件和传感等领域有巨大的应用前景。域有巨大的应用前景。域有巨大的应用前景。


技术研发人员：罗巍 肖敦逸 马会茹 官建国
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/11