光子晶体水凝胶,由于具有周期性有序结构,可以对光的特定波长产生调节,在传感器等领域具有广泛的应用。然而,受传统水凝胶力学性能的限制,目前报道的大多数光子晶体水凝胶机械性能较差,减少了其在机械传感器件等领域的应用。基于此,本文将光子晶体和纳米复合水凝胶结合,制备出拉伸形变响应性高强度光子晶体水凝胶,并对其化学结构、微观形貌、力学性能和光学性能进行了表征和分析。主要研究内容和结果如下:(1)采用乳液聚合法,以苯乙烯(PS)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)为主要原料,制备出粒径均一、单分散良好的P(St-MMA-AA)复合微球。并利用正交试验,通过改变乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)的用量和搅拌釜转速对微球的粒径大小进行调控,制备出粒径在115-207 nm的复合微球,用于光子晶体的后续制备。(2)采用垂直沉降自组装法制备出P(St-MMA-AA)光子晶体点阵结构,再通过原位自由基聚合将氢氧化铝纳米复合水凝胶(AAD gels)与之结合,制备出能够拉伸变色的光子晶体水凝胶膜。实验表明,粒径为135 nm、159 nm和185 nm的光子晶体制备的凝胶膜具有拉伸形变响应,当外界拉力增大形变增加时,光子晶体凝胶膜的结构色发生相应的蓝移,且在拉伸过程中,具有很好的抗疲劳性和重复性。随着初始反应液中丙烯酸和作为交联剂的氢氧化铝含量的增加,光子晶体水凝胶交联密度增大,力学性能变得更加优异,当氢氧化铝为10wt%,AA在单体中占30%时,光子晶体水凝胶膜的强度最高,能达到1870 k Pa。(3)将质量分数为50%的高浓度P(St-MMA-AA)复合微球与丙烯酰胺(AM)混合均匀后直接原位自由基聚合,通过斥力诱导沉淀快速组装成光子晶体水凝胶单层膜;再将氢氧化锆纳米复合水凝胶(ZAD gels)预聚液注入到单层膜上,聚合后形成双层膜。结果表明,凝胶单层膜能够对p H和溶剂响应,双层膜能够对拉力响应。当双层膜受到的拉力增大时,结构色从红色逐渐变为黄色、绿色、最后出现蓝色,基本覆盖整个可见光范围,且具有优异的力学性能和很好的重复性。