專(zhuān)利名稱：光子晶體紙及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光子晶體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光子晶體紙及其制備方法。
背景技術(shù)：
光子晶體是一種具有光子帶隙結(jié)構(gòu)的周期性電介質(zhì)材料，可以對(duì)光的傳播方向進(jìn)行有效調(diào)控，具有類(lèi)似于電子半導(dǎo)體的性質(zhì)。自1987年由Yablonovitch和John等提出以來(lái)，光子晶體被稱為光學(xué)半導(dǎo)體，并被認(rèn)為是未來(lái)光子工業(yè)的材料基礎(chǔ)，在各類(lèi)光學(xué)器件、 光導(dǎo)纖維通訊和光子計(jì)算等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。可調(diào)制光子晶體材料是一類(lèi)通過(guò)調(diào)節(jié)自身光子帶隙結(jié)構(gòu)對(duì)外場(chǎng)刺激作出響應(yīng)的光子晶體材料，又叫做功能性光子晶體材料或響應(yīng)性光子晶體材料。響應(yīng)性光子晶體材料在溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、生物監(jiān)測(cè)、化學(xué)試劑監(jiān)測(cè)、指紋識(shí)別、彩色顯示器、 彩色印刷、軍事偽裝等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如磁響應(yīng)液態(tài)光子晶體可用于彩色打印、軍事偽裝和彩色顯示器；響應(yīng)性光子晶體凝膠可應(yīng)用于葡萄糖監(jiān)測(cè)、離子監(jiān)測(cè)和指紋監(jiān)測(cè)等。光子晶體紙，英文名稱為Wiotormic Papers，是一種對(duì)溶劑具有響應(yīng)性的光子晶體材料，在教學(xué)設(shè)施、廣告設(shè)施、彩色印刷、軍事偽裝等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了多種光子晶體紙及其制備方法，如德國(guó)先進(jìn)材料雜志(Adv. Mater.，2003年，15卷， 892頁(yè))公開(kāi)了一種向聚苯乙烯(PS)固態(tài)光子晶體模板中填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)制備光子晶體紙的方法，以無(wú)色的液體硅樹(shù)脂或其他能溶脹PDMS的溶劑作為墨水，可在該光子晶體紙上寫(xiě)出帶有顏色的字跡。但是，這種方法需要首先用垂直蒸發(fā)沉積法制備PS光子晶體模板，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，而且難以制備大尺寸模板，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。德國(guó)先進(jìn)材料雜志 (Adv. Mater.，2009年，21卷，4259 4264頁(yè))公開(kāi)了一種光子晶體紙的制備方法，首先將二氧化硅包覆的四氧化三鐵磁性納米粒子在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下形成一維光子晶體結(jié)構(gòu)，然后利用聚乙二醇丙烯酸和光引發(fā)劑2，2_ 二甲氧基-2-苯基苯乙酮在紫外線照射下進(jìn)行聚合反應(yīng)將該一維光子晶體結(jié)構(gòu)固化，得到光子晶體紙。這種制備方法雖然快速、簡(jiǎn)便，但是需要使用紫外線引發(fā)聚合反應(yīng)進(jìn)行固化，使得制備過(guò)程較為危險(xiǎn)，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種光子晶體紙及其制備方法，本發(fā)明提供的制備方法快速、簡(jiǎn)便、安全，得到的光子晶體紙具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和可重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力。本發(fā)明提供了一種光子晶體紙，包括基質(zhì)，所述基質(zhì)為聚丙烯酰胺凝膠；固化在所述基質(zhì)中的光子晶體材料，所述光子晶體材料為超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。優(yōu)選的，所述光子晶體材料與所述基質(zhì)的質(zhì)量比為(3 幻(105 160)。優(yōu)選的，所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子的粒徑為120nm 130nmo與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的光子晶體紙以聚丙烯酰胺凝膠為基質(zhì)，以超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子為光子晶體材料，并將所述光子晶體材料固化于所述基質(zhì)中。本發(fā)明提供的光子晶體紙中，光子晶體材料固化于所述聚丙烯酰胺凝膠基質(zhì)中， 呈現(xiàn)藍(lán)色；當(dāng)以純水為墨水對(duì)所述光子晶體紙進(jìn)行書(shū)寫(xiě)后，書(shū)寫(xiě)部分的聚丙烯酰胺凝膠吸水發(fā)生膨脹，使固化于其中的光子晶體材料的光子禁帶帶隙發(fā)生改變，從而顯示出綠色的文字或圖案。本發(fā)明提供的光子晶體紙具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和可重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力。本發(fā)明還提供了一種光子晶體紙的制備方法，包括以下步驟a)將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在乙二醇中混合均勻，得到混合溶液；b)向所述步驟a)得到的混合溶液中加入N，N, N'，N'-四甲基乙二胺，在外加均勻磁場(chǎng)的作用下反應(yīng)得到光子晶體紙。優(yōu)選的，所述步驟a)具體包括al)將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和過(guò)硫酸鹽在乙二醇中混合均勻，得到第一溶液；a2)向所述步驟al)得到的第一溶液中加入超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，超聲分散后得到混合溶液。優(yōu)選的，所述過(guò)硫酸鹽為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉或過(guò)硫酸鉀。優(yōu)選的，所述丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和過(guò)硫酸鹽的質(zhì)量比為(100 150) (5 10) (1 3)。優(yōu)選的，所述丙烯酰胺單體與所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子的質(zhì)量比為(100 150) (3 5)。優(yōu)選的，所述均勻磁場(chǎng)的強(qiáng)度為0. IT 0. 2T。優(yōu)選的，所述反應(yīng)的時(shí)間為20s 50s。優(yōu)選的，所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子按照以下方法制備將二茂鐵分散于丙酮中，加入過(guò)氧化氫水溶液，密封、200°C 300°C下反應(yīng)，得到超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。本發(fā)明以丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子為原料，在N，N，N' ,N'-四甲基乙二胺的催化作用下， 丙烯酰胺單體、N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽反應(yīng)生成聚丙烯酰胺凝膠，同時(shí)， 超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在外加均勻磁場(chǎng)的作用下自組裝成光子晶體材料并固化于所述聚丙烯酰胺凝膠中，得到能夠進(jìn)行書(shū)寫(xiě)的光子晶體紙。本發(fā)明提供的制備方法無(wú)需模板，簡(jiǎn)單、快速。本發(fā)明以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑引發(fā)丙烯酰胺固化，無(wú)需使用紫外線進(jìn)行固化，因此制備過(guò)程較為安全，適于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的X射線衍射圖譜；圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的拉曼光譜圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的紅外光譜圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的磁滯回線；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子放大 2000倍的透射電鏡照片；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子放大 10000倍的透射電鏡照片；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的光子晶體紙的衍射波長(zhǎng)譜圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的光子晶體紙的書(shū)寫(xiě)次數(shù)與衍射波長(zhǎng)的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種光子晶體紙，包括基質(zhì)，所述基質(zhì)為聚丙烯酰胺凝膠；固化在所述基質(zhì)中的光子晶體材料，所述光子晶體材料為超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。本發(fā)明提供的光子晶體紙包括基質(zhì)和固化在所述基質(zhì)中的光子晶體材料，所述光子晶體紙具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和可重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力，可用于教學(xué)設(shè)施、廣告設(shè)施、彩色印刷、軍事偽裝等領(lǐng)域。在本發(fā)明中，所述基質(zhì)為聚丙烯酰胺凝膠，即為丙烯酰胺單體和N，N'-亞甲基雙 (丙烯酰胺)交聯(lián)劑在引發(fā)劑，如過(guò)硫酸鹽作用下發(fā)生聚合、交聯(lián)反應(yīng)得到的凝膠。本發(fā)明對(duì)所述聚丙烯酰胺凝膠的孔徑?jīng)]有特殊限制，可以根據(jù)光子晶體紙的使用環(huán)境進(jìn)行孔徑的調(diào)整。在本發(fā)明中，所述光子晶體材料為超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在外加磁場(chǎng)的誘導(dǎo)下可自組裝成光子晶體材料，具有光子晶體的性質(zhì)。本發(fā)明對(duì)所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子的粒徑?jīng)]有特殊限制，優(yōu)選為120nm 130nm。在本發(fā)明中，所述光子晶體材料與所述基質(zhì)的質(zhì)量比優(yōu)選為(3 幻(105 160)，更優(yōu)選為(3 5) (120 150)。所述光子晶體材料固化于所述基質(zhì)中，具有一定的光子禁帶帶隙，可衍射可見(jiàn)光中的藍(lán)色從而呈現(xiàn)出藍(lán)色。所述基質(zhì)為聚丙烯酰胺凝膠，所述聚丙烯酰胺凝膠具有強(qiáng)烈的吸水膨脹性，當(dāng)以純水為墨水在所述光子晶體紙上書(shū)寫(xiě)時(shí)，書(shū)寫(xiě)部分的聚丙烯酰胺凝膠吸水后膨脹，使固化于其中的光子晶體材料的光子禁帶帶隙發(fā)生改變，可衍射可見(jiàn)光中的綠色從而顯示出綠色的文字或圖畫(huà)。當(dāng)水分自然蒸發(fā)或者采用其他方法蒸干水分后，聚丙烯酰胺凝膠恢復(fù)原狀，其中的光子晶體材料的光子禁帶帶隙恢復(fù)原有水平，文字或圖案消失， 光子晶體紙重新呈現(xiàn)藍(lán)色，即所述光子晶體紙具有重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力。本發(fā)明還提供了一種光子晶體紙的制備方法，包括以下步驟a)將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在乙二醇中混合均勻，得到混合溶液；b)向所述步驟a)得到的混合溶液中加入N，N, N'，N'-四甲基乙二胺，在外加均勻磁場(chǎng)的作用下反應(yīng)得到光子晶體紙。本發(fā)明以丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子為原料，在N，N，N' ,N'-四甲基乙二胺的催化作用下， 丙烯酰胺單體、N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽反應(yīng)生成聚丙烯酰胺凝膠，同時(shí)， 超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在外加均勻磁場(chǎng)的作用下自組裝成光子晶體材料并固化于所述聚丙烯酰胺凝膠中，得到上述技術(shù)方案所述的光子晶體紙。本發(fā)明首先將丙烯酰胺單體、N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在乙二醇中混合均勻，得到混合溶液，具體包括以下步驟al)將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和過(guò)硫酸鹽在乙二醇中混合均勻，得到第一溶液；a2)向所述步驟al)得到的第一溶液中加入超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，超聲分散后得到混合溶液。將丙烯酰胺單體、將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和過(guò)硫酸鹽在乙二醇中混合，采用機(jī)械攪拌的方式混合均勻后得到第一溶液；向所述第一溶液中加入超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，超聲分散使超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子均勻分散于所述第一溶液中，得到混合溶液。在本發(fā)明中，所述過(guò)硫酸鹽優(yōu)選為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉或過(guò)硫酸鉀，優(yōu)選為過(guò)硫酸銨。所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子優(yōu)選按照以下方法制備將二茂鐵分散于丙酮中，加入過(guò)氧化氫水溶液，密封、200°C 300°C下反應(yīng)，得到超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。首先將二茂鐵超聲分散于丙酮中，逐滴滴加過(guò)氧化氫水溶液后進(jìn)行攪拌，得到均勻的混合溶液；將所述混合溶液密封，置于200°C 300°C下反應(yīng)，得到超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。所述丙烯酰胺單體、N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和過(guò)硫酸鹽的質(zhì)量比優(yōu)選為 (100 150) (5 10) (1 3)，更優(yōu)選為(110 140) (6 8) (1. 5 2. 5)；丙烯酰胺單體與所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子的質(zhì)量比優(yōu)選為(100 150) (3 5)，更優(yōu)選為(110 140) (3. 5 4. 5)。得到混合溶液后，將所述混合溶液置于外加均勻磁場(chǎng)中，然后加入催化劑N，N， N' , N'-四甲基乙二胺，反應(yīng)后得到光子晶體紙。在進(jìn)行反應(yīng)的過(guò)程中，丙烯酰胺單體和交聯(lián)劑N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)在催化劑N，N，N' ,N'-四甲基乙二胺和引發(fā)劑過(guò)硫酸鹽的作用下發(fā)生聚合、交聯(lián)反應(yīng)，得到聚丙烯酰胺凝膠；同時(shí)，超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在外加均勻磁場(chǎng)的作用下自組裝成為光子晶體材料并固化于所述聚丙烯酰胺凝膠中，得到光子晶體紙。
在本發(fā)明中，所述外加均勻磁場(chǎng)的強(qiáng)度優(yōu)選為0. IT 0. 2T，更優(yōu)選為0. 13T 0. 18T。本發(fā)明對(duì)所述催化劑N，N，N' , N'-四甲基乙二胺的用量沒(méi)有特殊限制， 其與超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子的體積質(zhì)量比優(yōu)選為0. ImL 0. 3mL 0. 03g 0. 05g,更優(yōu)選為 0. 15mL 0. 25mL 0. 035g 0. 045g。在本發(fā)明中，所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為室溫，所述反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為20s 50s，更優(yōu)選為30s。為了得到形狀固定的光子晶體紙，本發(fā)明優(yōu)選將所述混合溶液裝入矩形或其他形狀的模具中，得到具有特定的形狀的光子晶體紙，如將所述混合溶液裝入矩形容器中，反應(yīng)后可得到光體晶體寫(xiě)字板。得到光子晶體紙后，所述光子晶體紙呈現(xiàn)藍(lán)色，以純水為墨水在所述光子晶體紙上進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，書(shū)寫(xiě)部分顯示綠色的字跡或圖案；純水蒸發(fā)或采用其他方式將純水蒸干后，書(shū)寫(xiě)部分綠色的字跡或圖案消失，呈現(xiàn)藍(lán)色；繼續(xù)用純水墨水書(shū)寫(xiě)時(shí)，書(shū)寫(xiě)部分依然顯示綠色。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明制備得到的光子晶體紙具有良好的書(shū)寫(xiě)能力和重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力。另外， 本發(fā)明提供的光子晶體紙以聚丙烯酰胺凝膠為基質(zhì)，以超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子為光子晶體材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明以丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子為原料，在N，N，N' ,N'-四甲基乙二胺的催化作用下， 丙烯酰胺單體、N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽反應(yīng)生成聚丙烯酰胺凝膠，同時(shí)， 超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在外加均勻磁場(chǎng)的作用下自組裝成光子晶體材料并固化于所述聚丙烯酰胺凝膠中，得到能夠進(jìn)行書(shū)寫(xiě)的光子晶體紙。本發(fā)明提供的制備方法無(wú)需模板，簡(jiǎn)單、快速。本發(fā)明以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑引發(fā)丙烯酰胺固化，無(wú)需使用紫外線進(jìn)行固化，因此制備過(guò)程較為安全，適于工業(yè)化生產(chǎn)。為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的光子晶體紙及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例1將0. 3g 二茂鐵溶解于30mL丙酮中，超聲分散后逐滴加入1. 5mL質(zhì)量濃度為30% 的過(guò)氧化氫水溶液，1000r/min的速度磁力攪拌30min后，得到混合溶液；將所述混合容易轉(zhuǎn)移至40mL高壓釜中，密封加熱至240°C，保溫72h，冷卻至室溫，得到黑色粉末；將所述黑色粉末分別用丙酮和乙醇清洗3次，在40°C真空烘箱中干燥他，得到超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子。對(duì)所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的X射線衍射圖譜，由圖1可知，其衍射峰與四氧化三鐵的衍射峰相似，說(shuō)明得到的產(chǎn)物為四氧化三鐵。對(duì)所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子進(jìn)行拉曼光譜分析，結(jié)果參見(jiàn)圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的拉曼光譜圖，由圖2可知，1585cm-1和1378CHT1處有sp2雜化的碳的峰，說(shuō)明得到的產(chǎn)物表面包
覆有碳。
對(duì)所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果參見(jiàn)圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的紅外光譜圖，由圖3可知，3400CHT1處和1675CHT1處的峰表明得到的產(chǎn)物表面存在羧基。測(cè)量所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的磁滯回線，結(jié)果參見(jiàn)圖 4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子的磁滯回線， 由圖4分析可知，得到的產(chǎn)物的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度為39. kmu/g，在室溫下沒(méi)有矯頑力，呈現(xiàn)超順磁性。對(duì)所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子進(jìn)行電鏡掃描，結(jié)果參見(jiàn)圖 5和圖6，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子放大 2000倍的透射電鏡照片，圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子放大10000倍的透射電鏡照片。由圖5和圖6可知，得到的產(chǎn)物為具有核殼結(jié)構(gòu)的均勻球體，直徑為130nm，內(nèi)部核為多個(gè)粒徑小于20nm的納米離子組成的團(tuán)簇。將所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子分散于乙二醇溶液中后對(duì)自然光進(jìn)行衍射，并未出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。將所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子分散于乙二醇溶液中，在磁場(chǎng)的作用下對(duì)自然光進(jìn)行衍射，結(jié)果表明所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠體納米粒子可強(qiáng)烈衍射可見(jiàn)光中的藍(lán)光。實(shí)施例2將1. 5g丙烯酰胺單體、0. 05g N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和0. 02g過(guò)硫酸銨溶解于15mL乙二醇中，機(jī)械攪拌均勻后，加入0. 04g實(shí)施例1制備的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，在0°C冰水浴中超聲lOmin，得到混合溶液；將3mL所述混合溶液放入尺寸為2. 5cmX2. 5cmX Icm的矩形容器中，在所述容器的下方施加0. IT的均勻磁場(chǎng)，再向所述容器中加入40 μ LN，N，N' ,N'-四甲基乙二胺，反應(yīng)30秒，得到具有藍(lán)色背底的光子晶體紙。以純水為墨水在所述光子晶體紙上進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，所述光子晶體紙被書(shū)寫(xiě)的部分變?yōu)榫G色的字跡。測(cè)量所述書(shū)寫(xiě)后的光子晶體紙的衍射波長(zhǎng)，結(jié)果參見(jiàn)圖7，圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的光子晶體紙的衍射波長(zhǎng)譜圖，其中，曲線71為所述光子晶體紙藍(lán)色背底部分的衍射波長(zhǎng)譜圖，曲線72為所述光子晶體紙綠色字跡部分的衍射波長(zhǎng)譜圖，由圖7可知，當(dāng)光子晶體紙沒(méi)有書(shū)寫(xiě)時(shí)，其衍射波長(zhǎng)為453nm，表現(xiàn)為明亮的藍(lán)色；當(dāng)光子晶體紙被純水書(shū)寫(xiě)時(shí)，其衍射波長(zhǎng)為513nm，表現(xiàn)為明亮的綠色，表明本發(fā)明提供的光子晶體紙具有良好的書(shū)寫(xiě)能力。采用以下方法測(cè)試所述光子晶體紙的重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力以純水為墨水進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，書(shū)寫(xiě)后用吹風(fēng)機(jī)將水分吹干，再以純水為墨水進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，重復(fù)8次，結(jié)果參見(jiàn)圖8，圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的光子晶體紙的書(shū)寫(xiě)次數(shù)與衍射波長(zhǎng)的關(guān)系圖，由圖8可知，本發(fā)明提供的光子晶體紙具有良好的重復(fù)書(shū)寫(xiě)性能。實(shí)施例3將1. Og丙烯酰胺單體、0. 08g N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和0. 03g過(guò)硫酸銨溶解于15mL乙二醇中，機(jī)械攪拌均勻后，加入0. 03g實(shí)施例1制備的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，在0°C冰水浴中超聲lOmin，得到混合溶液；
將3mL所述混合溶液放入尺寸為2. 5cmX2. 5cmX Icm的矩形容器中，在所述容器的下方施加0.15T的均勻磁場(chǎng)，再向所述容器中加入40 μ LN，N，N' , N'-四甲基乙二胺， 反應(yīng)30秒，得到具有藍(lán)色背底的光子晶體紙。以純水為墨水在所述光子晶體紙上進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，所述光子晶體紙被書(shū)寫(xiě)的部分變?yōu)榫G色的字跡，表明本發(fā)明提供的光子晶體紙具有良好的書(shū)寫(xiě)能力。測(cè)試所述光子晶體紙的重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力，結(jié)果表明，本發(fā)明提供的光子晶體紙具有良好的重復(fù)書(shū)寫(xiě)性能。實(shí)施例4將1. 3g丙烯酰胺單體、0. Ig N, N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和0. Olg過(guò)硫酸銨溶解于15mL乙二醇中，機(jī)械攪拌均勻后，加入0. 05g實(shí)施例1制備的超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，在0°C冰水浴中超聲lOmin，得到混合溶液；將3mL所述混合溶液放入尺寸為2. 5cmX2. 5cmX Icm的矩形容器中，在所述容器的下方施加0.15T的均勻磁場(chǎng)，再向所述容器中加入40 μ LN，N，N' , N'-四甲基乙二胺， 反應(yīng)30秒，得到具有藍(lán)色背底的光子晶體紙。以純水為墨水在所述光子晶體紙上進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，所述光子晶體紙被書(shū)寫(xiě)的部分變?yōu)榫G色的字跡，表明本發(fā)明提供的光子晶體紙具有良好的書(shū)寫(xiě)能力。測(cè)試所述光子晶體紙的重復(fù)書(shū)寫(xiě)能力，結(jié)果表明，本發(fā)明提供的光子晶體紙具有良好的重復(fù)書(shū)寫(xiě)性能。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光子晶體紙，包括基質(zhì)，所述基質(zhì)為聚丙烯酰胺凝膠；固化在所述基質(zhì)中的光子晶體材料，所述光子晶體材料為超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體紙，其特征在于，所述光子晶體材料與所述基質(zhì)的質(zhì)量比為(3 5) (105 160)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體紙，其特征在于，所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子的粒徑為120nm 130nm。
4.一種光子晶體紙的制備方法，包括以下步驟a)將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子在乙二醇中混合均勻，得到混合溶液；b)向所述步驟a)得到的混合溶液中加入N，N,N'，N'-四甲基乙二胺，在外加均勻磁場(chǎng)的作用下反應(yīng)得到光子晶體紙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟a)具體包括al)將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)和過(guò)硫酸鹽在乙二醇中混合均勻， 得到第一溶液；a2)向所述步驟al)得到的第一溶液中加入超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子，超聲分散后得到混合溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述過(guò)硫酸鹽為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉或過(guò)硫酸鉀。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙(丙烯酰胺)、過(guò)硫酸鹽和所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子的質(zhì)量比為(100 150) (5 10) (1 3) (3 5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述均勻磁場(chǎng)的強(qiáng)度為0.IT 0. 2T。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)的時(shí)間為20s 50s。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子按照以下方法制備將二茂鐵分散于丙酮中，加入過(guò)氧化氫水溶液，密封、200°C 300°C下反應(yīng)，得到超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光子晶體紙，包括基質(zhì)，所述基質(zhì)為聚丙烯酰胺凝膠；固化在所述基質(zhì)中的光子晶體材料，所述光子晶體材料為超順磁性的碳包覆的四氧化三鐵膠態(tài)納米粒子。本發(fā)明還提供了一種光子晶體紙的制備方法。本發(fā)明提供的光子晶體紙中，光子晶體材料固化于所述聚丙烯酰胺凝膠基質(zhì)中，呈現(xiàn)藍(lán)色；當(dāng)以純水為墨水對(duì)所述光子晶體紙進(jìn)行書(shū)寫(xiě)后，書(shū)寫(xiě)部分的聚丙烯酰胺凝膠吸水發(fā)生膨脹，使固化于其中的光子晶體材料的光子禁帶帶隙發(fā)生改變，從而顯示出綠色的文字或圖案。本發(fā)明提供的制備方法無(wú)需模板，簡(jiǎn)單、快速，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑引發(fā)丙烯酰胺固化，無(wú)需使用紫外線進(jìn)行固化，因此制備過(guò)程較為安全，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08F2/44GK102304263SQ20111019708
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者王輝, 胡海波, 陳乾旺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)