【摘 要】
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温度响应光子晶体能够将温度变化转化为可视的光学信号,是一种不依赖电力的智能响应材料。早期研究工作多采用胶体晶空隙中填充热敏性凝胶或液晶基质的方式构筑,制备过程复杂,响应温度范围有限,也鲜有展现不可逆的温度响应。针对上述问题,本论文拟从液态胶体晶入手,利用其流体性质与胶体组装、光学性质之间的内在关系,以及可逆组装与解组装特性,发展具有可逆热响应的液态胶体晶;利用其作为固态胶体晶的合成中间体,制备出“
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温度响应光子晶体能够将温度变化转化为可视的光学信号,是一种不依赖电力的智能响应材料。早期研究工作多采用胶体晶空隙中填充热敏性凝胶或液晶基质的方式构筑,制备过程复杂,响应温度范围有限,也鲜有展现不可逆的温度响应。针对上述问题,本论文拟从液态胶体晶入手,利用其流体性质与胶体组装、光学性质之间的内在关系,以及可逆组装与解组装特性,发展具有可逆热响应的液态胶体晶;利用其作为固态胶体晶的合成中间体,制备出“胶体晶-聚乙二醇”双层结构,进而发展出具有记忆效应的热响应光子晶体薄膜。具体研究内容如下:在第二章工作中,我们发展了具有可逆温度响应的Si O2-PCb-Gly三组分液态光子晶体。丙三醇是热响应的关键组分,在低温高粘度溶液中,胶粒热运动受到粘度限制,无法形成有序结构和结构色;当高于特定温度时,溶液粘度下降,胶粒组装形成液态胶体晶并展现出结构色。在保持Si O2胶粒含量一致的前提下,调变丙三醇的体积比(20%-35%),可以实现不同的变色温度(15℃-40℃),从而使得多种液态胶体晶的组合阵列具有可逆的温度响应行为。传统热响应胶体晶主要依靠反射波长变化即不同颜色来实现温度的感知,而本章报道的材料体系则通过反射强度即有无结构色来实现温度的感知,不仅具有创新性,也可以避免色彩辨识引起的误差。在第三章工作中,我们将液态胶体晶中间体转化形成的光子晶体薄膜与聚乙二醇薄膜复合形成双层结构,利用PEG融化后渗入胶体晶的不可逆行为,制备出一种记忆型的温度响应材料。当环境温度低于PEG的相变温度时,双层膜展现出Si O2胶体晶的结构色;而当环境温度高于相变温度时,PEG融化后渗入胶体晶,材料展现出Si O2/PEG(液)胶体晶的结构色;即使温度恢复至低温,PEG也无法从胶体晶自发抽离,因而材料仍展现出与高温时相近的Si O2/PEG(固)胶体晶的结构色。因此,通过材料的结构色变化,即可辨知环境温度是否高于PEG的相变温度;当采用不同相变温度的PEG构筑一系列双层薄膜组合,即可获得温度记忆阵列,准确获知环境经历的最高温度。在第四章工作中,我们采用疏水化的介孔二氧化硅胶粒,以其构成的液态光子晶体作为中间体,制备出晶化与非晶化的光子晶体薄层板,并研究光子晶体薄层在反相薄层色谱中对弱极性化学物质的分离和识别性能。
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