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光子晶体(PCs)是一种具有光子带隙的周期性电介质结构的新型功能材料,落在光子带隙中的光将不能传播,像半导体能够控制电子传播一样,光子晶体能够控制光线传播。光子晶体具有光子带隙和光子局域等特征,能够增强或者抑制原子的自发辐射,成为实现全光通讯和光子计算机的基础。响应性光子晶体是指带隙结构对外界环境的变化具有响应性的光子晶体。响应性光子晶体是将响应性聚合物与光子晶体结合,基于某一响应机制,引起响应性聚合物体积上的变化或相的转变,进而引起响应性光子晶体光子带隙改变。设计并制备出功能性的具有光子带隙可调的响应性光子晶体是目前制备光子晶体的研究热点。本文采用聚苯乙烯(PS)蛋白石结构胶体晶体模板合成法—毛细力诱导法制备了聚丙烯酰胺(PAM),聚丙烯酰胺/聚丙烯酸(PAM/PAA)和聚丙烯酰胺/牛血清白蛋白(PAM/BSA)反蛋白石结构响应性凝胶光子晶体,并探讨了反蛋白石结构响应性凝胶光子晶体的结构颜色(Structural Color)及其对外界环境的响应性开发。1.采用乳液聚合法分别制备了不同粒径的单分散性PS(210nm、254nm、274nm、357nm)微球。2.通过胶体晶体粒子自组装法得到PS蛋白石结构胶体晶体模板。温度和湿度是影响自组装胶体晶体模板结构和规整性的主要因素。降低温度和控制湿度可以调整胶体粒子的沉积速度,更有利于得到长程有序的面心立方结构(FCC)的单晶态胶体晶体模板。由于晶体平面的Bragg衍射,胶体晶体模板严格遵守布拉格衍射定律并显示出鲜艳的结构色彩;蛋白石结构胶体晶体本身即为一种光子晶体,具有不完全光子带隙。胶体晶体的带隙中心与以面心立方结构作为基准得到的理论计算值吻合得很好,这也说明胶体晶体(蛋白石结构)是类FCC结构。3.以PS蛋白石结构胶体晶体作为模板,采用毛细力诱导法向模板中填充AM、AM/AA和AM/BSA的前体溶液,然后采用热引发或室温氧化还原引发两种引发方式引发聚合,在通过二甲苯选择性除去胶体晶体模板,得到了反蛋白石结构PAM,PAM/PAA和PAM/BSA凝胶响应性光子晶体。通过扫描电镜(SEM)和光谱仪等光学分析,反蛋白石凝胶光子晶体具有非常规整的多层孔结构,形成了填充度高的单晶态的周期性结构。一股,孔尺度比乳胶粒粒径要小,而且反蛋白石结构的品格常数比相应蛋白石结构的品格常数缩小了20%左右,但仍保持了三维长程有序性。反蛋白石结构凝胶表现出鲜艳的结构颜色于二甲苯中不受交联度和丙烯酸含量的影响,但在水中却表现出强烈的响应性而且结构颜色可控。4.光子晶体鲜艳的结构颜色(Structural Color)源自其对光的Bragg衍射,改变光子晶体中介质的折射系数或晶格间距的大小或改变观察的视角都将引起结构颜色的改变。反蛋白石凝胶由于其自身的化学结构可以对不同的外界环境如溶剂(有机溶剂,不同比例乙醇/水)、pH、离子强度、压力以及氨基酸等表现出强烈的响应行为。