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，屬于納米復合材料領域。

背景技術：

由于光子晶體水凝膠周期有序結構，其具有獨特的光學特性，在光學傳感器件，防偽，偽裝等方面具有諸多應用，引起了研究學者越來越多的關注。但是目前大多數的研究多局限于對溫度，ph，溶劑等的刺激響應，而基于負載力改變引起的顏色變化鮮有報道，減少了光子晶體水凝膠在機械傳感器方面的應用。目前已報道的機械力響應的方法主要基于各向同性膠體晶體陣列，但是存在的問題有：要么不可恢復，要么不可以大面積制備，要么制備方法周期長，過程繁瑣，要么就是可調節(jié)波長較窄，變化范圍小，限制了其應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對以上技術中的不足，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)明的目的是通過下述技術方案實現的。

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、交聯劑、單體和引發(fā)劑，或者將水、交聯劑、單體、催化劑和引發(fā)劑混合均勻；然后在單層膜的一側，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。所述無機納米粒子和水的質量比為1：100～15：100中任一值。

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

步驟二所述交聯劑為無機納米粒子。

所述無機納米粒子包括：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，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，采用的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨和氧化二苯甲酰中的任一種。

使用紫外光引發(fā)時，所述引發(fā)劑濃度為0.2～3g/l，聚合時間為30～120min；在室溫靜置的條件下引發(fā)時，所述引發(fā)劑濃度為1g/l，聚合時間大于等于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單，可在2h內完成制備，并且可在大玻璃板上大面積制備，便于推廣和應用。

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

(3)在57％的形變量范圍內，雙層膜可以從紅色變化到藍色，可見光波長從656nm變化到451nm，基本覆蓋了整個可見光波長范圍，調節(jié)波長范圍較寬。

附圖說明

圖1是

本技術：
實施例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物圖；

圖2是本申請實施例1中制備的單層膜和雙層膜對比拉伸應力應變圖；

圖3本申請實施例1中制備的雙層膜拉伸過程反射光譜圖；

圖4是本申請實施例1中制備的雙層膜循環(huán)拉伸過程中應力應變圖和反射光譜圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖與具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

實施例1

本申請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丙烯酸通過乳液聚合制備高濃度(50wt％)復合微球，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質量分數為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反應瓶中，磁力攪拌下通氮氣20min，加入0.045g2-羥基-4’-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，將氮氣通入液面以上繼續(xù)通氮氣攪拌15min，得到二氧化鋯納米復合水凝膠預聚液。

(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合水凝膠預聚液從一側加入進去，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。

對實施例1中制備的光子晶體水凝膠單層膜和雙層膜的機械性能用電子萬能材料試驗機進行拉伸測試，拉伸速度為10mm/min，如圖2所示：該單層膜承受的最大應力為75kpa，斷裂伸長率為50％，該雙層膜承受的最大應力為280kpa，斷裂伸長率為166％，通過對比看出雙層膜優(yōu)異的力學性能。

對實施例1中制備的光子晶體水凝膠雙層膜的光學性質，用光纖光譜儀下測其反射光譜，如圖3所示。光子晶體水凝膠雙層膜可以從紅色變化到藍色，且在57％的形變量范圍內，可見光波長從656nm變化到451nm，基本覆蓋了整個可見光波長范圍，這在單層膜中是不曾出現的。

對實施例1中制備的光子晶體水凝膠雙層膜，用萬能材料試驗機進行五次循環(huán)拉伸測試，用光纖光譜儀下進行對應反射波長測試，如圖4所示。在循環(huán)拉伸過程中，雙層膜可見光波長在656nm和451nm之間重復變化，有很好的可恢復性和可重復性。

以上對本發(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行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式，及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。

技術特征：

技術總結
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，屬于納米復合材料領域。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，無機納米粒子為交聯劑，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，且方法簡單，能大面積制備，其力學性能優(yōu)異，可多次重復使用。在防偽，光學機械傳感器件以及仿生皮膚等方面有很好的應用前景。

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