胶体光子晶体是具有不同介电常数的材料在空间上规则排列的周期性有序结构材料,具有光子带隙以及优异的光学衍射特性,在控制自发辐射和制造新型光电器件方面产生许多应用。近年来,聚合物基复合材料因其固有的环保性能和可降解特性而受到广泛关注。其中,聚合物水凝胶是一类非常有趣的“软物质”,因其具有特殊的三维网络结构而能吸收大量的水,因此,光子晶体与功能性水凝胶二者之间的功能集成,可以赋予功能性水凝胶多彩的结构色以有效提升其应用价值。基于此,本文以单分散纳米粒子为构筑单元,旨在实现光子晶体水凝胶的形貌控制和功能整合,同时借助微流控技术的过程控制,以期为光子晶体水凝胶先进材料的制备及应用提供一条简捷的实用化道路。基本研究内容如下:1.首先,发展微流控技术用于构筑单分散的聚合物微球,通过研究微球粒径、形态与流体通道、各组分流速之间的关系,探索制备结构稳定、单分散的聚合物微球的工艺技术。以甲基硅油为连续相,含有1-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯水凝胶单体和引发剂的水溶液为分散相,采用微流控技术制备含有水凝胶单体的液滴模板,继而经交联固化制得单分散性的聚(VI-co-HEA)水凝胶微球。通过FTIR、SEM等手段对水凝胶微球的组成和形貌进行表征,研究聚(VI-co-HEA)水凝胶微球脱附重金属离子(Cu2+、Ni2+、Zn2+)的能力;考察聚(VI-co-HEA)水凝胶微球在不同pH条件下的溶液吸收能力,以及金属离子吸附能力与接触时间和金属离子浓度的关系。结果表明,聚(VI-co-HEA)水凝胶微球对于脱附废水中Cu2+、Ni2+、Zn2+等重金属离子能达到很好的效果。2.其次,采用高温水解法结合Stober方法制备Fe3O4@SiO2胶体纳米粒子,用于组装一维光子晶体。基于光子晶体优异的光学特性,将其镶嵌于具有自愈合能力的水凝胶基质中,构建了具有稳定结构色的自愈合光子晶体水凝胶材料。采用O-羧甲基壳聚糖(O-CMC)改性的可生物降解的材料聚(1-乙烯基-2-吡咯烷酮-co-丙烯酰胺)为基体的水凝胶材料具有自愈合的特点,负载于水凝胶内部的一维Fe3O4@SiO2光子晶体结构可以显示明亮的结构色。此外,基质中包含的O-羧甲基壳聚糖可以提供大量的羧基、氨基和羟基官能团,这些官能团可以形成丰富的分子间氢键,从而为结构色水凝胶提供强大的自修复能力。这项工作有可能作为一种简单的方法以制造具有更长功能寿命的胶体光子晶体材料,从而扩展其实际应用。3.最后,以胶体光子晶体材料的基本构造单元为出发点,借助微流控芯片生成液滴模板,室温下液滴中的水分逐渐挥发至其中的胶体粒子紧密堆积自组装形成面心立方结构并显示结构色之后,经紫外线照射引发液滴内的水凝胶单体聚合形成光子晶体微球。此外,利用水凝胶的溶胀性能将CdTe纳米晶负载其中,成功制得光子带隙与荧光功能一体化复合微球。探索了复合型光子晶体微球在环境湿度监测领域的应用研究。