本發(fā)明涉及一種大面積快速制備拉伸變色光子晶體水凝膠雙層膜的方法，屬于納米復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于光子晶體水凝膠周期有序結(jié)構(gòu)，其具有獨(dú)特的光學(xué)特性，在光學(xué)傳感器件，防偽，偽裝等方面具有諸多應(yīng)用，引起了研究學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。但是目前大多數(shù)的研究多局限于對(duì)溫度，ph，溶劑等的刺激響應(yīng)，而基于負(fù)載力改變引起的顏色變化鮮有報(bào)道，減少了光子晶體水凝膠在機(jī)械傳感器方面的應(yīng)用。目前已報(bào)道的機(jī)械力響應(yīng)的方法主要基于各向同性膠體晶體陣列，但是存在的問(wèn)題有：要么不可恢復(fù)，要么不可以大面積制備，要么制備方法周期長(zhǎng)，過(guò)程繁瑣，要么就是可調(diào)節(jié)波長(zhǎng)較窄，變化范圍小，限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上技術(shù)中的不足，提出了一種大面積快速制備拉伸變色光子晶體水凝膠雙層膜的方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種大面積快速制備拉伸變色光子晶體水凝膠雙層膜的方法，具體步驟如下：

步驟一、在由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乳液聚合制備的高濃度(50wt％)復(fù)合微球中加入丙烯酰胺、光引發(fā)劑和n，n-亞甲基雙丙烯酰胺，混合均勻后注入到玻璃板中，紫外光引發(fā)形成具有厚度的光子晶體水凝膠單層膜；

步驟二、將水、交聯(lián)劑、單體和引發(fā)劑，或者將水、交聯(lián)劑、單體、催化劑和引發(fā)劑混合均勻；然后在單層膜的一側(cè)，在紫外光引發(fā)或室溫靜置的條件下形成可拉伸變色的光子晶體水凝膠雙層膜。所述無(wú)機(jī)納米粒子和水的質(zhì)量比為1：100～15：100中任一值。

步驟一所述單層膜中丙烯酰胺和復(fù)合微球的質(zhì)量比為3：100～10：100；n，n-亞甲基雙丙烯酰胺和復(fù)合微球的質(zhì)量比為0.1：100～0.5：100。

步驟一所述單層膜厚度為0.05～0.15mm。

步驟二所述單體為丙烯酰胺、丙烯酸酯類或丙烯酰胺和丙烯酸酯類。

所述丙烯酸酯類包括：n-異丙基丙烯酰胺，n-羥甲基丙烯酰胺，n,n-二甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，丙烯酸，甲基丙烯酸中的任一種或多種混合物，所述丙烯酰胺或丙烯酸酯類濃度為2mol/l～5mol/l。

步驟二所述交聯(lián)劑為無(wú)機(jī)納米粒子。

所述無(wú)機(jī)納米粒子包括：粘土、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅或者氧化鋯中的任一種或多種的混合物。

使用紫外光引發(fā)時(shí)，采用的引發(fā)劑包括：2,4,6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-嗎琳基-1-丙酮或2-羥基-4’-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮中任一種；在室溫靜置的條件下引發(fā)時(shí)，采用的引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨和氧化二苯甲酰中的任一種。

使用紫外光引發(fā)時(shí)，所述引發(fā)劑濃度為0.2～3g/l，聚合時(shí)間為30～120min；在室溫靜置的條件下引發(fā)時(shí)，所述引發(fā)劑濃度為1g/l，聚合時(shí)間大于等于30分鐘。

步驟二所述催化劑為n,n,n',n'-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸鈉中的任一種，濃度為0.8ml/l。

有益效果

(1)拉伸變色的光子晶體水凝膠雙層膜制備方法簡(jiǎn)單，可在2h內(nèi)完成制備，并且可在大玻璃板上大面積制備，便于推廣和應(yīng)用。

(2)雙層膜承受的最大應(yīng)力為280kpa，斷裂伸長(zhǎng)率為166％，比單層膜力學(xué)性能優(yōu)異。

(3)在57％的形變量范圍內(nèi)，雙層膜可以從紅色變化到藍(lán)色，可見(jiàn)光波長(zhǎng)從656nm變化到451nm，基本覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍，調(diào)節(jié)波長(zhǎng)范圍較寬。

附圖說(shuō)明

圖1是

本技術(shù)：
實(shí)施例1中在20×20cm玻璃板間大面積制備光子晶體水凝膠雙層膜的聚合前實(shí)物圖；

圖2是本申請(qǐng)實(shí)施例1中制備的單層膜和雙層膜對(duì)比拉伸應(yīng)力應(yīng)變圖；

圖3本申請(qǐng)實(shí)施例1中制備的雙層膜拉伸過(guò)程反射光譜圖；

圖4是本申請(qǐng)實(shí)施例1中制備的雙層膜循環(huán)拉伸過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變圖和反射光譜圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1

本申請(qǐng)的一種大面積快速制備拉伸變色光子晶體水凝膠雙層膜制備方法，具體包括以下步驟：

(1)8g苯乙烯、1g甲基丙烯酸甲酯和1g丙烯酸通過(guò)乳液聚合制備高濃度(50wt％)復(fù)合微球，再將0.25g丙烯酰胺和0.015gn，n-亞甲基雙丙烯酰胺加入到裝有5g高濃度復(fù)合微球(50wt％)的離心管中，混合均勻后注入到兩塊夾有0.06mm厚橡膠墊片的20×20cm的玻璃板中，紫外光引發(fā)聚合30min，得到光子晶體水凝膠單層膜。

(2)將10.0g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的二氧化鋯溶膠，0.32g丙烯酸，4.0gn,n-二甲基丙烯酰胺加入到裝有6.5g超純水的50ml反應(yīng)瓶中，磁力攪拌下通氮?dú)?0min，加入0.045g2-羥基-4’-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，將氮?dú)馔ㄈ胍好嬉陨侠^續(xù)通氮?dú)鈹嚢?5min，得到二氧化鋯納米復(fù)合水凝膠預(yù)聚液。

(3)將得到的光子晶體水凝膠單層膜緊緊夾在夾有0.5mm厚橡膠墊片的兩塊20×20cm玻璃板之間，再將二氧化鋯納米復(fù)合水凝膠預(yù)聚液從一側(cè)加入進(jìn)去，如圖1所示，紫外光引發(fā)聚合40min，得到光子晶體水凝膠雙層膜。

對(duì)實(shí)施例1中制備的光子晶體水凝膠單層膜和雙層膜的機(jī)械性能用電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸測(cè)試，拉伸速度為10mm/min，如圖2所示：該單層膜承受的最大應(yīng)力為75kpa，斷裂伸長(zhǎng)率為50％，該雙層膜承受的最大應(yīng)力為280kpa，斷裂伸長(zhǎng)率為166％，通過(guò)對(duì)比看出雙層膜優(yōu)異的力學(xué)性能。

對(duì)實(shí)施例1中制備的光子晶體水凝膠雙層膜的光學(xué)性質(zhì)，用光纖光譜儀下測(cè)其反射光譜，如圖3所示。光子晶體水凝膠雙層膜可以從紅色變化到藍(lán)色，且在57％的形變量范圍內(nèi)，可見(jiàn)光波長(zhǎng)從656nm變化到451nm，基本覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍，這在單層膜中是不曾出現(xiàn)的。

對(duì)實(shí)施例1中制備的光子晶體水凝膠雙層膜，用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行五次循環(huán)拉伸測(cè)試，用光纖光譜儀下進(jìn)行對(duì)應(yīng)反射波長(zhǎng)測(cè)試，如圖4所示。在循環(huán)拉伸過(guò)程中，雙層膜可見(jiàn)光波長(zhǎng)在656nm和451nm之間重復(fù)變化，有很好的可恢復(fù)性和可重復(fù)性。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種大面積快速制備拉伸變色光子晶體水凝膠雙層膜的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式，及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種大面積快速制備拉伸變色光子晶體水凝膠雙層膜的方法，屬于納米復(fù)合材料領(lǐng)域。方法為在苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乳液聚合制備的50wt％高濃度復(fù)合微球中加入丙烯酰胺，光引發(fā)劑和N，N?亞甲基雙丙烯酰胺，混合均勻注入到玻璃板中，紫外光引發(fā)形成光子晶體水凝膠單層膜；再以水為溶劑，無(wú)機(jī)納米粒子為交聯(lián)劑，丙烯酰胺和/或丙烯酸酯類為單體，加入催化劑和/或引發(fā)劑，混合均勻灌入到光子晶體水凝膠膜中，紫外光引發(fā)或室溫靜置的條件形成可拉伸變色的光子晶體水凝膠雙層膜。該雙層膜可快速拉伸變色，且方法簡(jiǎn)單，能大面積制備，其力學(xué)性能優(yōu)異，可多次重復(fù)使用。在防偽，光學(xué)機(jī)械傳感器件以及仿生皮膚等方面有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：李歡軍;夏艷鴻;范麗霞;姜浩洋;李飛波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.26
技術(shù)公布日：2017.10.10