一种手性高分子材料的制备方法及由其得到的手性高分子材料和应用技术

本发明专利技术公开了一种手性高分子材料的制备方法及由其得到的手性高分子材料和应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)将二氧化硅纳米球组装得到三维光子晶体模板；(2)取有机玻璃和步骤(1)得到的三维光子晶体模板各一片，将有机玻璃盖在三维光子晶体模板上，将手性高分子前驱体溶液灌入三维光子晶体模板空隙，聚合，得到由手性高分子和二氧化硅纳米球组成的光子晶体；(3)除去步骤(2)得到的光子晶体中的二氧化硅纳米球，得到所述手性高分子材料。本发明专利技术通过二氧化硅光子晶体模板得到手性高分子材料，并通过灌入光学活性的手性高分子前驱体溶液使得手性高分子材料在光学禁带处出现圆二色信号。

Preparation of a chiral polymer material and its chiral polymer materials and Applications

The invention discloses a method for preparing chiral polymer and chiral materials obtained from the polymer materials and applications, the preparation method comprises the following steps: (1) the silica nanoparticles self-assembled three-dimensional photonic crystal template; (2) taking the organic glass and step (1) three-dimensional photonic crystal templates obtained one piece, organic glass cover in three-dimensional photonic crystal templates, the chiral polymer precursor solution is poured into the three-dimensional photonic crystal template voids, polymerization, photonic crystal composed of chiral polymer and silica nanospheres; (3) removal step (2) silica nanospheres in the photonic crystal, the the chiral polymer materials. The invention obtains the chiral polymer material through the silica photonic crystal template, and by pouring into the optically active chiral polymer precursor solution, the circular polymer has two circular color signals at the optical forbidden band.

【技术实现步骤摘要】
一种手性高分子材料的制备方法及由其得到的手性高分子材料和应用
本专利技术属于材料领域，涉及一种手性高分子材料的制备方法及由其得到的手性高分子材料和应用。
技术介绍
光子晶体是由两种以上具有不同介电常数(折射率)的材料在空间按照一定的周期顺序排列所形成的具有有序结构的材料。电磁波在这种具有周期性结构中的材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到由电介质构成的周期势场的调制，从而形成类似于半导体能带结构的光子能带，能带与能带之间出现带隙，即光子带隙；所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该光子晶体。光子晶体这种对光的调制行为使它成为一种很有前景的光学材料。而手性光子晶体可以实现对左旋和右旋圆偏振光的调制作用，因此可以用于手性滤波器、手性传感器等。手性光子晶体可以分为两大类：手性结构光子晶体和手性介质光子晶体。目前制备手性光子晶体的方法都是得到手性结构光子晶体，如激光直写技术(TurnerMD,SabaM,ZhangQ,etal.Miniaturechiralbeamsplitterbasedongyroidphotoniccrystals[J].NaturePhotonics,2013,7(10):801-805)，掠角沉积技术(ToaderO,JohnS,Proposedsquarespiralmicrofabricationarchitectureforlargethree-dimensionalphotonicbandgapcrystals[J].Science,2001,292(5519):1133-1135)，胆甾型液晶(HamadWY.Free-standingmesoporoussilicafilmswithtunablechiralnematicstructures[J].Nature,2010,468(7322):422-425)等。基于手性介质光子晶体的制备工作未见报道，目前公开的都是非手性介质光子晶体，如CN102898586B公开了一种基于生物模板仿生制备具有pH响应的复合智能高分子光子晶体，但是灌入生物模板空隙的高分子是非手性的，因此本领域亟需一种制备手性介质光子晶体的方法，以丰富手性光子晶体材料和拓展其应用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种手性高分子材料的制备方法及由其得到的手性高分子材料和应用。所述制备方法由手性介质作为填充介质填充到光子晶体空隙中，之后除去光子晶体，得到手性高分子。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种手性高分子材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将二氧化硅纳米球组装得到三维光子晶体模板；(2)取有机玻璃和步骤(1)得到的三维光子晶体模板各一片，将有机玻璃盖在三维光子晶体模板上，将手性高分子前驱体溶液灌入三维光子晶体模板空隙，聚合，得到由手性高分子和二氧化硅纳米球组成的光子晶体；(3)除去步骤(2)得到的光子晶体中的二氧化硅纳米球，得到所述手性高分子材料。其中，三维光子晶体模板中的二氧化硅纳米球为面心立方密堆积结构，在二氧化硅纳米球之间有空隙的存在，且空隙均是相通的，当灌入手性高分子前驱体溶液时，是手性高分子前驱体溶液依靠毛细作用力进入空隙，填满二氧化硅纳米球之间的空隙。在本专利技术中，步骤(1)所述三维光子晶体模板为面心立方密堆积结构。优选地，步骤(1)所述三维光子晶体模板的制备方法为：将含有二氧化硅纳米球的乙醇溶液静置在恒温培养箱中，将基底垂直插入溶液，待乙醇溶剂挥发完全后，得到所述三维光子晶体模板。优选地，所述恒温培养箱的温度为40-60℃(例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等)，进一步优选50℃。优选地，所述乙醇溶液中二氧化硅纳米球的质量百分浓度为0.75-1.25％(例如0.75％、0.85％、1.0％、1.1％、1.25％等)，进一步优选1.0％。优选地，所述二氧化硅纳米球的粒径为170-230nm(例如170nm、185nm、200nm、215nm、230nm等)，进一步优选200nm。其中，制备得到的二氧化硅纳米球粒径分布极窄，基本上可达到单分散的程度，所以表述为粒径为200nm的二氧化硅纳米球，实际上指的是二氧化硅纳米球的平均粒径为200nm。优选地，所述基底为玻璃片或石英片，进一步优选石英片。优选地，所述基底的尺寸为45mm×12mm×1.5mm。优选地，所述基底使用前在食人鱼溶液或王水中浸泡10-15h后，洗净、吹干；所述的10-15h可以为10h、11h、12h、13h、14h、15h等。优选地，所述基底使用前在食人鱼溶液中浸泡，其中，所述食人鱼溶液为浓硫酸和质量分数为30％的过氧化氢的混合溶液，浓硫酸与过氧化氢的体积比为7:3。优选地，所述洗净为依次用清水、去离子水、乙醇冲洗。优选地，所述吹干为氮气吹干。在本专利技术中，步骤(2)所述手性高分子前驱体的制备方法为：在溶剂中加入手性单体、非手性单体、交联剂和引发剂，搅拌均匀，除氧。优选地，所述溶剂为甲醇、氯仿或丙酮中的一种或任意两种的组合。优选为，所述溶剂为甲醇与氯仿的混合溶剂，所述甲醇和所述氯仿的含量体积比为1:2-2:1，例如1:2、1:1.5、1:1、1.5:1、2:1等。优选地，所述手性单体为含有可聚合双键的手性化合物。优选地，所述手性单体为含有可聚合双键的手性螺旋聚合物。优选地，所述手性螺旋聚合物为聚烯烃、聚异氰酸酯、聚硅烷或聚乙炔衍生物中的任意一种，进一步优选为聚乙炔衍生物。优选地，所述聚乙炔衍生物为N-炔丙基酰胺类聚合物或N-炔丙基脂类聚合物，进一步优选为N-炔丙基酰胺类聚合物。优选地，所述N-炔丙基酰胺类聚合物为N-炔丙基丙烯酰胺和N-炔丙樟脑酰胺的共聚物或N-炔丙基丙烯酰胺和N-炔丙樟脑磺酰胺的共聚物，进一步优选为N-炔丙基丙烯酰胺和N-炔丙樟脑酰胺的共聚物。其中，所述N-炔丙基丙烯酰胺和N-炔丙樟脑酰胺的共聚物的分子结构如下：在上述分子结构中，“/”表示共聚的意思，即上述分子结构表示N-炔丙基丙烯酰胺和N-炔丙樟脑酰胺的共聚，在本领域，也可以用“co”来表示共聚。所述N-炔丙基丙烯酰胺和N-炔丙樟脑磺酰胺的共聚物的分子结构如下：在上述分子结构中，“/”表示共聚的意思，即上述分子结构表示N-炔丙基丙烯酰胺和N-炔丙樟脑磺酰胺的共聚，在本领域，也可以用“co”来表示共聚。优选地，所述非手性单体为甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸。优选地，所述非手性单体为甲基丙烯酸甲酯。优选地，所述交联剂为甲叉双丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的任意一种，进一步优选为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。优选地，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或过硫酸铵中的任意一种，进一步优选为偶氮二异丁腈。优选地，所述非手性单体与所述溶剂的体积比为1:2-2:1(例如1:2、1:1.5、1:1、1.5:1、2:1等)，进一步优选1:1。优选地，所述手性单体的加入量是所述非手性单体质量的15-25％(例如15％、17％、20％、22％、25％等)，进一步优选20％。优选地，所述交联剂与所述溶剂的体积比为1:3-1:5(例如1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5等)，进一步优选1:4。优选地，所述引发剂的加入量是所述非手性单体质量的0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手性高分子材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将二氧化硅纳米球组装得到三维光子晶体模板；(2)取有机玻璃和步骤(1)得到的三维光子晶体模板各一片，将有机玻璃盖在三维光子晶体模板上，将手性高分子前驱体溶液灌入三维光子晶体模板空隙，聚合，得到由手性高分子和二氧化硅纳米球组成的光子晶体；(3)除去步骤(2)得到的光子晶体中的二氧化硅纳米球，得到所述手性高分子材料。

【技术特征摘要】
1.一种手性高分子材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将二氧化硅纳米球组装得到三维光子晶体模板；(2)取有机玻璃和步骤(1)得到的三维光子晶体模板各一片，将有机玻璃盖在三维光子晶体模板上，将手性高分子前驱体溶液灌入三维光子晶体模板空隙，聚合，得到由手性高分子和二氧化硅纳米球组成的光子晶体；(3)除去步骤(2)得到的光子晶体中的二氧化硅纳米球，得到所述手性高分子材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述三维光子晶体模板为面心立方密堆积结构；优选地，步骤(1)所述三维光子晶体模板的制备方法为：将含有二氧化硅纳米球的乙醇溶液静置在恒温培养箱中，将基底垂直插入溶液，待乙醇溶剂挥发完全后，得到所述三维光子晶体模板。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述恒温培养箱的温度为40-60℃，进一步优选50℃；优选地，所述乙醇溶液中二氧化硅纳米球的质量百分浓度为0.75-1.25％，进一步优选1％；优选地，所述二氧化硅纳米球的粒径为170-230nm，进一步优选200nm；优选地，所述基底为玻璃片或石英片，进一步优选石英片；优选地，所述基底的尺寸为45mm×12mm×1.5mm；优选地，所述基底使用前在食人鱼溶液或王水中浸泡10-15h后，洗净、吹干；优选地，所述基底使用前在食人鱼溶液中浸泡；优选地，所述洗净为依次用清水、去离子水、乙醇冲洗；优选地，所述吹干为氮气吹干。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述手性高分子前驱体的制备方法为：在溶剂中加入手性单体、非手性单体、交联剂和引发剂，搅拌均匀，除氧；优选地，所述溶剂为甲醇、氯仿或丙酮中的一种或任意两种的组合；优选为，所述溶剂为甲醇与氯仿的混合溶剂，所述甲醇和所述氯仿的含量体积比为1:2-2:1。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述手性单体为含有可聚合双键的手性化合物；优选地，所述手性单体为含有可聚合双键的手性螺旋聚合物；优选地，所述手性螺旋聚合物为聚烯烃、聚异氰酸酯、聚硅烷或聚乙炔衍生物中的任意一种，进一步优选为聚乙炔衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯珂，唐智勇，彭海琳，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11