一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法技术

一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，属于磁性纳米材料应用技术领域。本发明专利技术通过四个步骤的操作实现：1.合成双亲性无规共聚物，用碱性水溶液溶解并调节pH至中性；2.化学共沉淀法制备油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子；3.将油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子分散于有机溶剂中并与双亲性无规共聚物水溶液混合，超声乳化；4.将乳液在常温下减压蒸发除去有机溶剂，用磁分离方法收集复合粒子并水洗，即得聚合物包覆的胶态磁响应光子晶体分散体系。该体系在变化磁场中通过自然光照射可获得不同波长的衍射光。本发明专利技术提供的制备方法简捷、快速，易于操作，原料易得，成本低廉。

Method for preparing colloidal magnetic response photon crystal by polymer emulsification method

The invention discloses a method for preparing a colloidal magnetic response photon crystal by polymer emulsification, belonging to the technical field of magnetic nano material application. The present invention through four steps: 1. synthesis of amphiphilic copolymer, and adjusting the pH to neutral dissolved in an alkaline aqueous solution; 2. chemical coprecipitation Fe3O4 magnetic nanoparticles modified by oleic acid; 3. oleic acid modified Fe3O4 magnetic nanoparticles dispersed in the organic solvent and the amphiphilic copolymer water the mixing solution of ultrasonic emulsification; emulsion decompression at room temperature 4. will remove the organic solvent evaporation, separation methods and composite particles is washed with magnetic polymer coated magnetic colloidal photonic crystal dispersion system response. In this system, the diffraction light of different wavelengths can be obtained by irradiating natural light in a changing magnetic field. The preparation method of the invention is simple, fast, easy to operate, easy to obtain raw materials and low in cost.

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法
本专利技术涉及一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，属于磁性纳米材料应用

技术介绍
所谓光子晶体，是指由两种及以上折射率（介电常数）不同的材料在空间进行周期性排列而成的有序结构。光子晶体中存在光子禁带，可以实现对光波长的选择，可应用于光子晶体发光二极管、光子晶体滤波器和光子晶体彩色显示器等等光学领域。胶态磁响应光子晶体属于光子晶体家族的一员，其粒子大小处于胶体科学的研究范围内。在外界磁场的诱导下，磁性粒子能可逆、快速地完成自组装过程，组成光子晶体结构。通过调节磁场强度、方向和分布等因素，可以便捷地调整光子晶体结构的对称性和点阵参数等，进而操控光子晶体结构的光学性能。制备胶态磁响应光子晶体的关键是磁性纳米粒子的制备。最常用的磁性纳米粒子为四氧化三铁，为防止氧化和自聚集，常使用油酸修饰四氧化三铁并用二氧化硅或聚合物加以包覆。现有技术中公开了多种制备胶态磁性纳米粒子的方法。Asher等报道了一种用聚苯乙烯包覆的胶态磁响应光子晶体，该体系通过添加乳化剂、可聚合单体和四氧化三铁磁性纳米粒子，在70℃下利用乳液聚合法，反应5h后制得（AdvancedMaterials,2001,13:1681）。Philipse等也使用了类似的乳液聚合方法，以甲基丙烯酰氧丙基二甲基硅氧烷为乳化剂，制备了一种以聚甲基丙烯酸甲酯为壳的胶态磁响应光子晶体（Langmuir,2006,22:10209）。此外，陈乾旺等用水热法在210℃下反应48h制备了碳包覆的胶态磁响应光子晶体（JournalofPhysicalChemistryC,2011,115:11427）。上述制备方法或需使用不易得的原料和设备，或需在制备胶态磁响应光子晶体阶段引入高温及较长的反应时间。此外，使用小分子乳化剂也可能导致产品中乳化剂的残留。本专利技术旨在克服上述不足之处，只使用简单易得的原料和设备，直接使用包覆材料为乳化剂，并在常温下制备胶态磁响应光子晶体。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，所得产物经水洗涤后，可在磁场诱导下进行自组装，宏观上表现为多种衍射光，表明组装得到光子晶体结构。本专利技术的技术方案，本专利技术涉及的双亲性无规共聚物具有一定的乳化能力，故以该类聚合物为乳化剂兼包覆材料。将用低沸点有机溶剂分散的油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子体系用双亲性无规共聚物进行乳化，随后用减压蒸发的方法除去有机溶剂。在蒸发过程中，聚合物逐渐替代有机溶剂与磁性纳米粒子直接接触，实现包覆，得到聚合物包覆的磁性纳米粒子。所得产物经水洗涤后，可在磁场诱导下进行自组装，宏观上表现为多种衍射光，表明组装得到光子晶体结构。一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，步骤为：（1）双亲性无规共聚物水溶液的制备：将引发剂、疏水性单体和亲水性单体溶于溶剂中，利用溶液自由基聚合法进行聚合；产物沉淀后真空干燥，得到双亲性无规共聚物；将双亲性无规共聚物用碱性水溶液溶解，随后调节pH至中性；（2）油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子的制备：将三价铁盐和二价铁盐混合，依次加入沉淀剂氨水和修饰剂油酸，加热并通氮气保护，通过化学共沉淀法制备得到油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子；（3）分散乳化：将步骤（2）制备所得油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子用少量有机溶剂分散，与步骤（1）制备的双亲性无规共聚物水溶液混合并超声使之乳化；（4）包覆：将步骤（3）制备所得的乳液在常温下减压蒸发除去所含有机溶剂，残余液体用磁分离方法收集聚合物包覆的磁性纳米粒子，用水清洗数次后，将聚合物包覆的磁性纳米粒子重新分散在水中即得胶态磁响应光子晶体。所述制备胶态磁响应光子晶体的方法，具体步骤为：（1）双亲性无规共聚物水溶液的制备：a、将可聚合的疏水性单体和亲水性单体摩尔比1-8:9-2，总摩尔数为0.05-0.5mol；以30-90mL1,4-二氧六环或异丙醇为溶剂，以偶氮二异丁腈为引发剂；引发剂偶氮二异丁腈的摩尔量为单体总摩尔量的0.5%-5%；通入氮气除氧15min后，密封并于65℃下搅拌反应24h；产物用乙醚沉淀并清洗两次，并在50℃下真空干燥，即得双亲性无规共聚物；b、称取5g双亲性无规共聚物固体，加少量水，并用1mol/L氢氧化钠溶液滴加至聚合物恰好完全溶解；用固体硼酸或柠檬酸调节至pH7.0，最后用水定容至100mL，即得质量浓度5%的双亲性无规共聚物溶液；（2）油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子的制备：向0.015mol三价铁盐和0.01mol二价铁盐中加入90-120mL超纯水，50-60KHz频率超声溶解，得到混合溶液；将混合溶液在80-90℃油浴中加热，依次加入10-20mL氨水和0.5-1.0g油酸，反应全程通氮气除氧气，反应1-1.5h；反应结束后用磁铁置于烧瓶底部吸附粒子；将收集到的粒子用去离子水洗到中性，再用无水乙醇清洗若干次，真空干燥箱中40-50℃干燥，即得到油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子；（3）分散乳化：称取20-1500mg步骤（2）中制备的油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子，加入1-20mL有机溶剂，50-60KHz频率超声5-30s分散；将步骤（1）制备的双亲性无规共聚物水溶液用水稀释得到浓度为0.05%-2%的双亲性无规共聚物水溶液；取10-200mL与上述分散液混合；50-60KHz频率超声10-15min分钟使之乳化；（4）包覆：将步骤（3）制备所得的乳液在常温下减压蒸发除去所含有机溶剂，减压蒸发所需的温度为35-60℃，时长10-30min，残余液体用磁分离方法收集聚合物包覆的磁性纳米粒子，用水清洗数次后，将聚合物包覆的磁性纳米粒子重新分散在水中即得胶态磁响应光子晶体。步骤（4）所述不同双亲性无规共聚物制备的胶态磁响应光子晶体中粒子的粒径范围为100-200nm。步骤（3）所述有机溶剂为正己烷、甲苯或氯仿中的一种。用于分散和乳化的超声波来源为超声波水浴清洗器或超声波细胞粉碎仪。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种利用聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，原料易得，来源广泛，乳化剂即为包覆材料，不引入其它干扰物质，所需设备为常规设备，制备过程快速简捷，不涉及高温，产品衍射光鲜艳，易于识别。附图说明图1为实施例1制备的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸)无规共聚物溶液中共聚物聚集体形态的透射电镜图。图2为实施例1制备的油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子的透射电镜图。图3为实施例1制备的胶态磁响应光子晶体水溶液在磁场作用下对自然光衍射的光学照片。图4为实施例1制备的胶态磁响应光子晶体的粒子的透射电镜图。图5为实施例2制备的胶态磁响应光子晶体水溶液在磁场作用下对自然光衍射的光学照片。具体实施方式实施例1以溶液自由基聚合法制备双亲性无规共聚物聚（甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸）。称取甲基丙烯酸甲酯0.24mol，甲基丙烯酸0.06mol和偶氮二异丁腈0.009mol于250mL圆底烧瓶中，加入1,4-二氧六环60mL，略振荡使之溶解均匀。向其中通氮气15min除去氧气，密封，在65℃油浴锅中搅拌反应24h。产物用无水乙醚沉淀并清洗两次，沉淀在50℃下真空干燥8h即得双亲性无规共聚物聚（甲基丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，其特征是步骤为：（1）双亲性无规共聚物水溶液的制备：将引发剂、疏水性单体和亲水性单体溶于溶剂中，利用溶液自由基聚合法进行聚合；产物沉淀后真空干燥，得到双亲性无规共聚物；将双亲性无规共聚物用碱性水溶液溶解，随后调节pH至中性；（2）油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子的制备：将三价铁盐和二价铁盐混合，依次加入沉淀剂氨水和修饰剂油酸，加热并通氮气保护，通过化学共沉淀法制备得到油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子；（3）分散乳化：将步骤（2）制备所得油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子用少量有机溶剂分散，与步骤（1）制备的双亲性无规共聚物水溶液混合并超声使之乳化；（4）包覆：将步骤（3）制备所得的乳液在常温下减压蒸发除去所含有机溶剂，残余液体用磁分离方法收集聚合物包覆的磁性纳米粒子，用水清洗数次后，将聚合物包覆的磁性纳米粒子重新分散在水中即得胶态磁响应光子晶体。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，其特征是步骤为：（1）双亲性无规共聚物水溶液的制备：将引发剂、疏水性单体和亲水性单体溶于溶剂中，利用溶液自由基聚合法进行聚合；产物沉淀后真空干燥，得到双亲性无规共聚物；将双亲性无规共聚物用碱性水溶液溶解，随后调节pH至中性；（2）油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子的制备：将三价铁盐和二价铁盐混合，依次加入沉淀剂氨水和修饰剂油酸，加热并通氮气保护，通过化学共沉淀法制备得到油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子；（3）分散乳化：将步骤（2）制备所得油酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子用少量有机溶剂分散，与步骤（1）制备的双亲性无规共聚物水溶液混合并超声使之乳化；（4）包覆：将步骤（3）制备所得的乳液在常温下减压蒸发除去所含有机溶剂，残余液体用磁分离方法收集聚合物包覆的磁性纳米粒子，用水清洗数次后，将聚合物包覆的磁性纳米粒子重新分散在水中即得胶态磁响应光子晶体。2.如权利要求1所述聚合物乳化法制备胶态磁响应光子晶体的方法，其特征是具体步骤为：（1）双亲性无规共聚物水溶液的制备：a、将可聚合的疏水性单体和亲水性单体摩尔比1-8:9-2，总摩尔数为0.05-0.5mol；以30-90mL1,4-二氧六环或异丙醇为溶剂，以偶氮二异丁腈为引发剂；引发剂偶氮二异丁腈的摩尔量为单体总摩尔量的0.5%-5%；通入氮气除氧15min后，密封并于65℃下搅拌反应24h；产物用乙醚沉淀并清洗两次，并在50℃下真空干燥，即得双亲性无规共聚物；b、称取5g双亲性无规共聚物固体，加少量水，并用1mol/L氢氧化钠溶液滴加至聚合物恰好完全溶解；用固体硼酸或柠檬酸调节至pH7.0，最后用水定容至100mL，即得质量浓度5%的双亲性无规共聚物溶液；（2）油...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹玉华，倪鑫炯，由爱梅，曹光群，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32