2-胶体晶体单超

合集下载

单分散sio_2胶体粒子的zeta电位研究

单分散sio_2胶体粒子的zeta电位研究
单分散sio_2胶体粒子是一种人工合成的聚合物粒子,具有类似于天然sio_2胶体的结构和性质。

Zeta电位(ζ)是一种表征胶体粒子表面电荷状态的物理量,对于理解胶体粒子的性质和结构具有重要意义。

为了研究单分散sio_2胶体粒子的zeta电位,可以使用电生理学方法进行研究。

将单分散sio_2胶体粒子悬浮在凝胶电泳中,通过检测凝胶电泳中的离子通道蛋白,可以确定胶体粒子表面的电荷状态以及电荷对离子通道蛋白的影响。

在研究中,可以使用以下步骤:
1. 制备单分散sio_2胶体粒子:将sio_2聚合物粒子通过乳化技术制备成单分散状态,确保粒子表面具有均匀的电荷分布。

2. 制备凝胶电泳:将制备好的单分散sio_2胶体粒子悬浮在凝胶电泳中,凝胶电泳选择离子通道蛋白作为检测对象。

3. 电泳分析:通过凝胶电泳检测离子通道蛋白的表达情况,确定胶体粒子表面的电荷状态以及电荷对离子通道蛋白的影响。

4. 结果解释:根据电泳分析结果,可以确定单分散sio_2胶体粒子的zeta电位以及电荷对离子通道蛋白的影响。

研究单分散sio_2胶体粒子的zeta电位,可以通过电生理学方法进行,通过凝胶电泳检测离子通道蛋白的表达情况,确定胶体粒子表面的电荷状态以及电荷对离子通道蛋白的影响,从而深入了解胶体粒子的性质和结构。

2-胶体晶体

第21卷　第5期大学化学2006年10月胶体晶体李澄　齐利民(北京大学化学与分子工程学院　北京100871) 摘要　简要综述胶体晶体的研究进展情况,主要介绍胶体粒子的简单自组装、模板引导下的自组装和二元胶体晶体组装等几类主要的胶体晶体制备技术,并概述胶体晶体在光子晶体、传感器、光子纸张、三维有序大孔材料、二维纳米结构阵列等方面的应用。

胶体一般是指分散相颗粒的特征尺度大约介于1n m～1μm之间的分散体系,例如溶胶便是一种典型的固/液分散体系,即由固态的胶体粒子(或胶粒)均匀分散于连续的液态介质而形成的胶体分散体系。

所谓单分散胶体粒子则意味着体系中所有胶粒具有高度均一的大小、形状、化学组成、内部结构及表面性质。

由一种或多种单分散胶体粒子组装并规整排列而成的二维或三维有序结构统称为胶体晶体(coll oidal crystals)。

胶体晶体与普通晶体在结构上十分相似,只是胶体晶体中占据每个晶格点的是具有较大尺度的胶粒,而不是普通晶体中的分子、原子或离子。

人们很早就发现,自然界中的一种天然多彩宝石———蛋白石(opal)就是由单分散二氧化硅球形颗粒(直径150～400n m)密堆积而成的胶体晶体[1]。

由于二氧化硅颗粒本身没有颜色,这里的颜色产生于重复周期与可见光波长可相比拟的胶体晶体对可见光的布拉格衍射,也称为结构颜色。

最近,人们又发现澳大利亚一种甲虫的背部介壳所具有的金属光泽来源于它内部的类蛋白石结构,即该介壳是由透明的单分散球形颗粒(直径250nm)严格六方密堆积而成的胶体晶体[2]。

自然界中蛋白石结构的存在引起了人们对胶体晶体的关注,而近20年来有关光子晶体的研究则大大激发了人们对于胶体晶体的研究兴趣,因为胶体晶体构成了潜在的光子晶体和制备光子晶体的模板[3]。

目前,人们已经能够在实验室中合成多种多样的胶体晶体(也称作合成蛋白石),其中使用最多的单分散胶体粒子为球形的二氧化硅胶体颗粒和聚合物乳胶颗粒,图1给出了典型的二氧化硅胶体晶体[4]和聚苯乙烯(PS)胶体晶体[5]的扫描电镜(SE M)照片。

胶体晶体模板法制备有序多孔堇青石材料研究

胶体晶体模板法制备有序多孔堇青石材料研究
采用乳液聚合法制备了单分散P(St-AA)微球,经自然沉降法制成胶体晶体模板,再利用胶晶模板法制备了有序多孔堇青石.利用FTIR、SEM、DSC、XRD等方法对P(St-AA)微球单分散*及有序多孔堇青石结构进行了研究.结果表明,当AA用量占单体总量的5.0%时,制备的P(St-AA)微球的单分散*及其胶体晶体微球结构最佳.经烧结去除P(St-AA)微球得到的有序多孔堇青石材料的孔径较单分散P(St-AA)微球稍小,约为200nm左右.当烧结温度为1200℃,多孔材料为堇青石相.。

超分子材料的制备和性能研究

超分子材料的制备和性能研究超分子材料是指由基本单元通过非共价键结合而成的自组装结构，具有高度有序性和特殊功能的化学材料。

近年来，超分子化学的研究和应用发展迅速，其应用涵盖了多个领域，包括分离纯化、光学传感、药物控释、催化反应、能量储存等等。

本文旨在介绍超分子材料的制备方法，并深入探讨其各方面的性能研究。

一、超分子材料的制备超分子材料的制备方法一般可以分为两种：自组装法和模板法。

其中自组装法包括有机单体自组装法、高分子自组装法和低分子自组装法等。

模板法则主要通过利用模板分子的特殊性质，来制备具有特殊形状或结构的超分子材料。

1.1 自组装法1.1.1 有机单体自组装法有机单体自组装法是指利用凝胶法、微乳液法、液晶体系法等方式，将单体在外界作用下自组装形成过渡级别或孔道结构，最终得到超分子材料。

其中，凝胶法是一种基于低分子有机凝胶体系的制备方法，它通过化学反应或物理交联形成弹性固体凝胶，可制备出具有宏观有序结构的超分子材料。

同时凝胶法还具有可控性、灵敏性以及复杂性等特点，因此在分子纳米材料的制备和应用中有着广泛的应用前景。

1.1.2 高分子自组装法高分子自组装法是指利用自主聚集作用形成多种有序结构及孔道结构的方法，包括相分离法、自组装共聚法、自聚合共混物法等。

可以制备出具有多样化、高度有序的超分子结构材料。

其中自组装共聚法是一种具有潜力的制备方法，可以快速制备出高质量、多成分的超分子材料。

1.1.3 低分子自组装法低分子自组装法是指利用分子间非共价作用形成自组装超分子结构材料的方法，其中包括晶体生长法、表面吸附法、溶液液滴法、薄膜修饰法等。

其中晶体生长法可以制备出具有高度有序孔道结构的超分子材料，可以广泛应用于分离和催化领域。

1.2 模板法模板法是指利用模板分子在聚集作用下形成超分子结构的方法，包括硅酸盐模板法、胶体晶体模板法等。

其中硅酸盐模板法是一种常用的制备方法，可以制备出具有重要应用前景的纳米级别多孔材料，如分离纯化和催化等。

高一化学胶体

高一化学胶体高一化学胶体2022年高三化学－胶体的性质及其应用知识规律总结一、分散系相关概念1. 分散系：一种物质（或几种物质）以粒子形式分散到另一种物质里所形成的混合物，统称为分散系。

2. 分散质：分散系中分散成粒子的物质。

3. 分散剂：分散质分散在其中的物质。

4、分散系的分类：当分散剂是水或其他液体时，如果按照分散质粒子的大小来分类，可以把分散系分为：溶液、胶体和浊液。

分散质粒子直径小于1nm的分散系叫溶液，在1nm－100nm之间的分散系称为胶体，而分散质粒子直径大于100nm的分散系叫做浊液。

溶液分散质粒子胶体：分子胶体分散系胶体分散剂胶气溶胶；液溶胶；固溶悬浊液浊液乳浊液下面比较几种分散系的不同：二、胶体1、胶体的定义：分散质粒子直径大小在10-9~10-7m之间的分散系。

2、胶体的分类：①. 根据分散质微粒组成的状况分类：如：Fe(OH)3胶体胶粒是由许多Fe(OH)3等小分子聚集一起形成的微粒，其直径在1nm～100nm之间，这样的胶体叫粒子胶体。

又如：淀粉属高分子化合物，其单个分子的直径在1nm～100nm范围之内，这样的胶体叫分子胶体。

②. 根据分散剂的状态划分：如：烟、云、雾等的分散剂为气体，这样的胶体叫做气溶胶；AgI溶胶、Fe(OH)3溶胶、Al(OH)3溶胶，其分散剂为水，分散剂为液体的胶体叫做液溶胶；有色玻璃、烟水晶均以固体为分散剂，这样的胶体叫做固溶胶。

高一化学胶体3、胶体的制备A. 物理方法① 机械法：利用机械磨碎法将固体颗粒直接磨成胶粒的大小② 溶解法：利用高分子化合物分散在合适的溶剂中形成胶体，如蛋白质溶于水，淀粉溶于水、聚乙烯熔于某有机溶剂等。

B. 化学方法① 水解促进法：FeCl3+3H2O（沸）= Fe(OH)3（胶体）+3HCl② 复分解反应法：KI+AgNO3=AgI（胶体）+KNO3Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaCl思考：若上述两种反应物的量均为大量，则可观察到什么现象？如何表达对应的两个反应方程式？提示：KI+AgNO3=AgI↓+KNO3（黄色↓）Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl（白色↓）4、胶体的性质：① 丁达尔效应――丁达尔效应是粒子对光散射作用的结果，是一种物理现象。

胶体

山东省昌乐一中
姜永春
课堂目标
１、了解胶体及分散系的概念；２、认识胶体与其他分散系的区别；３、学会鉴别及净化胶体的方法。
化学上定义: 分散系是由一种（或几种）物质以粒子的形式分散于另一种物质里形成的混合物。分散成粒子的物质称为分散质; 粒子分散在其中的物质称为分散剂. 试根据此定义,分析蔗糖溶液、石灰乳中的分散系、分散质、分散剂分别是什么。
1、加电解质使胶体的凝聚、
由于胶体胶粒带有电荷，加入电解质后，由于胶体胶粒带有电荷，加入电解质后，由于电解质在溶液中能电离出阳离子和阴离子，电解质在溶液中能电离出阳离子和阴离子，分别能中和带有负电荷胶粒的胶体和带有正电荷胶粒的胶体。胶粒的胶体。
2、加入电性相反的胶粒、破坏胶粒的带电结构 3、升温、增加碰撞机会
2、溶液与胶体的鉴别
丁达尔现象
胶体的渗析
实验演示（淀粉胶体与食盐的分离）实验演示（淀粉胶体与食盐的分离）实验结论：淀粉胶体的分散质粒子不能透过半透膜；食盐溶液的分散质Na+和Cl－能透过半透膜；胶体分散质粒子比溶液的分散质粒子大。渗析——把混有离子或分子的胶体装入半透渗析把混有离子或分子的胶体装入半透膜里，并放在溶剂中，膜里，并放在溶剂中，使分子或离子从胶体里分离的操作方法叫渗析。里分离的操作方法叫渗析。渗析用于精制、净化精制、渗析精制净化胶体。
3、欲除去氢氧化铁胶体中混有的 + 和 Cl －，可选、欲除去氢氧化铁胶体中混有的Na 用的方法是（用的方法是（ D ） A、过滤 B、蒸馏 C、盐析 D、渗析、、、、 4、用饱和的氯化铁溶液制取氢氧化铁胶体，正确、用饱和的氯化铁溶液制取氢氧化铁胶体，的操作是（的操作是（ C ） A、将FeCl3溶液滴入蒸馏水中即可、 B、将FeCl3溶液滴入热水中得到黄色液体即可、 C、将FeCl3溶液滴入沸水中得到红褐色溶液即可、 D、将FeCl3溶液滴入沸水中，并继续加热煮沸至生溶液滴入沸水中，、成红褐色沉淀即可

一种二元胶体晶体的快速制备方法[发明专利]

专利名称：一种二元胶体晶体的快速制备方法专利类型：发明专利
发明人：王利魁,刘云,姚伯龙,邓丽朵
申请号：CN201410797911.1
申请日：20141219
公开号：CN104744712A
公开日：
20150701
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明的目的在于提出一种通过水平自组装快速制备二元胶体晶体的方法，该方法包含以下步骤：(1)将粒径不同的两种胶体微球乳液进行超声混合；(2)将经过亲水处理的基片水平放置于室温或者烘箱中，随后将混合胶体微球乳液滴在基片表面，并使乳液摊开并覆盖整个基片表面；(3)随着溶剂的挥发，二元胶体晶体从基片边缘开始生长并沿着基片向内延伸，直至彻底干燥后形成二元胶体晶体；(4)通过使用其他材料填充并去除胶体微球，可以得到反相二元胶体晶体。

申请人：江南大学
地址：214122 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。

胶体光子晶体和超材料

胶体光子晶体和超材料
1. 胶体光子晶体简介
胶体光子晶体是一种由周期性排列的介电体纳米颗粒构成的人工结构材料。

这种结构使得它具有独特的光子能隙特性,可以控制和操纵光子在材料中的传播行为。

胶体光子晶体因其在光波导、光子集成电路、传感器等领域的潜在应用而受到广泛关注。

2. 胶体光子晶体的制备方法
常见的胶体光子晶体制备方法包括自组装法、模板法、直接激光写入法等。

自组装法利用胶体颗粒的自发组装行为,在适当的条件下形成有序结构;模板法则是利用预制的模板对材料进行定向生长;直接激光写入法则是通过精确控制激光曝光来直接在光刻胶中刻写出所需的结构。

3. 超材料概念
超材料是一种人工合成的新型功能材料,其独特之处在于它们展现出在自然界中很少见到或不存在的物理性质。

超材料的设计和制备是基于对电磁场在亚波长尺度结构中的传播行为的理解和控制。

常见的超材料包括负折射率材料、隐形斗篷材料等。

4. 胶体光子晶体在超材料中的应用
胶体光子晶体由于其独特的光子带隙特性,在超材料的设计和制备中发挥着重要作用。

例如,通过精心设计胶体光子晶体的结构和组分,可以实现负折射率、亚波长成像等超常物理现象。

同时,胶体光子晶体
还可以作为模板用于制备其他类型的超材料结构。

5. 前景展望
胶体光子晶体和超材料的交叉研究正在推动新型光子器件、传感器、隐形技术等领域的发展。

未来,随着制备技术的进步和理论研究的深入,胶体光子晶体和超材料必将为我们带来更多令人惊叹的应用。

组装胶体晶体用单分散二氧化硅颗粒的制备

组装胶体晶体用单分散二氧化硅颗粒的制备在制备胶体晶体过程中，需要使用单分散的二氧化硅颗粒。

本文介绍了一种制备单分散二氧化硅颗粒的方法，即通过溶胶-凝胶法制备。

首先，将硅烷与乙醇混合，加入水和羟乙基纤维素，形成溶胶。

然后，将溶胶在高温下凝胶化，得到硅胶。

最后，通过煅烧、超声波处理和筛分等步骤，制备出单分散的二氧化硅颗粒。

该方法制备出的二氧化硅颗粒粒径均匀、尺寸可控，并且具有高比表面积和稳定性，适用于组装胶体晶体等应用领域。

- 1 -。

二维胶体晶体异质结构的制备及传感性

二维胶体晶体异质结构的制备及传感性齐丰莲;薛敏;薛飞;孟子晖;邱丽莉;徐志斌;芦薇【摘要】制备具有不同粒径和折射率的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球,采用多次尖端导流法制备多重二维胶体晶体异质结构(2D-CCHs)阵列,在2D-CCHs阵列的间隙处填充丙烯酸类凝胶,再将PS或PMMA模板微球去掉,得到传质速度更快的2D-CCHs反蛋白石凝胶.经扫描电子显微镜证实,所制备的异质结构胶体晶体均为二维结构,且排列较为规整.德拜衍射、反射光谱和结构色分析结果表明,2D-CCHs的光学性质主要是各单层二维胶体晶体阵列独立衍射的叠加.随着pH 值由7降低至3,双层2D-CCHs反蛋白石凝胶的德拜衍射环直径均减小了约80 nm,表明2D-CCHs反蛋白石凝胶可应用于化学传感领域.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2015(036)008【总页数】7页(P1612-1618)【关键词】胶体晶体;异质结构;尖端导流;聚苯乙烯;聚甲基丙烯酸甲酯【作者】齐丰莲;薛敏;薛飞;孟子晖;邱丽莉;徐志斌;芦薇【作者单位】北京理工大学化工与环境学院,北京100081;北京理工大学化工与环境学院,北京100081;北京理工大学化工与环境学院,北京100081;北京理工大学化工与环境学院,北京100081;北京理工大学化工与环境学院,北京100081;北京理工大学化工与环境学院,北京100081;北京理工大学化工与环境学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】O631;O613.7胶体晶体是一种具有光子禁带，并且能够在禁带范围内阻止特定频率的电磁波在晶体特定方向上传播的折射率呈周期性变化的介电材料，在磁性材料［1］、孔材料［2］、光路器件［3～5］、电极［6］、屏幕显示器［7］和化学传感器［8～10］等方面具有潜在的应用.但只有单一晶格常数的胶体晶体在应用方面仍受到了很大的限制.为了充分发挥胶体晶体结构的巨大潜能，复合光子晶体的研究逐渐引起了科研人员的重视.近年来，关于复合光子晶体结构方面的研究，一方面集中于向胶体晶体中引入点缺陷、线缺陷和面缺陷等人工缺陷［11～13］，将其作为“光学杂质”固定于胶体晶体中，提高其光学性能;另一方面，将具有不同光子禁带的光子晶体堆叠在一起形成具有更加精细、复杂的光子禁带的胶体晶体异质结构(CCHs).Jiang等［14］通过简易垂直沉降法制备了由聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构小球和空心硅球组装成的三维胶体晶体异质结构(3D-CCHs).Li等［15］利用微通道模板的空间限制，通过两步垂直沉降法制备了单一结构厚度可控的3D-CCHs.蔡仲雨等［16］利用对流自组装法重复沉积疏水性聚苯乙烯微球，制备了具有叠加光子禁带的大面积无裂纹3D-CCHs.目前，CCHs的制备以三维胶体晶体的有序堆叠为主［14～20］.但三维胶体晶体的制备比较耗时，操作也比较复杂，因此，发展出快速简单的制备胶体晶体异质结构的方法成为研究热点.与3D-CCHs相比，2D-CCHs的表征更加简单、制备速度更快且成本较低.Zhang 等［21，22］先后尝试以汞和水作液面，提出了一种制备二维PS胶体晶体阵列的尖端导流法.在此基础上，本文利用具有不同尺寸和折射率的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)小球悬浮液，采用多次尖端导流法制备了多重2D-CCHs 阵列，在2D-CCHs阵列的间隙处填充凝胶，再将模板小球去掉，得到了传质速度更快的2D-CCHs反蛋白石凝胶;与单一结构的胶体晶体进行了对比分析，观察了胶体晶体异质结构的微观结构和带隙特性的变化;对双层2D-CCHs反蛋白石凝胶对pH值的响应进行了光学表征.1 实验部分1.1 试剂与仪器苯乙烯(S)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)购自北京百灵威科技有限公司;丙烯酸(AA)和乙二醇二甲基丙烯酸(EDMA)购自阿拉丁试剂(上海)有限公司;二氯甲烷、氯化钠、氟化氢、过硫酸钾和十二烷基磺酸钠(SDS)均购自国药集团化学试剂有限公司;2，2-乙氧基苯乙酮(DEAP)购自阿法埃莎(天津)化学有限公司;以上试剂均为分析纯.实验用水为超纯水.S-4800型扫描电子显微镜(SEM，日本Hitachi公司);HWS-ISO型智能恒温恒湿箱(宁波海曙赛福实验仪器厂);Avaspec-2048TEC型微型光纤光谱仪(北京爱万提斯科技有限公司);RW20型数字搅拌器和C-MAG HS7型控温仪(德国IKA公司);SZ-97型自动三重水纯水蒸馏器(上海亚荣生化仪器厂);TDL-60B型离心机(上海Anke公司);SCIENT203-Ⅱ型紫外交联仪(新芝生物科技股份有限公司);TS-8型转移脱色摇床(海门市麒麟医用仪器厂);SCQ-5201型超声清洗仪(上海声彦超声仪器有限公司);数码相机(日本佳能公司);AWL-0502-U型艾科浦纯水系统(美国艾科浦公司).1.2 PS胶体微球的制备采用无皂乳液聚合法制备2批不同粒径的PS胶体微球［23］.单体苯乙烯使用前用中性三氧化二铝柱进行除阻聚剂纯化.在装有机械搅拌、回流冷凝管和温度计的500 mL四口圆底烧瓶中加入205 mL超纯水、77.3 mL(70 g)苯乙烯、1.86 mL(2 g)HEMA和一定量的NaCl(一批不加NaCl，另一批加入0.07 g NaCl).调节机械搅拌速度为350 r/min，并持续通入N2气除氧1 h.充分除氧后，采用油浴加热至反应液温度为(70±1)℃.将0.11 g过硫酸钾溶于5 mL超纯水中，加入反应液，回流24 h.反应结束后冷却，通过反复离心再分散的方法用超纯水纯化PS微球，保存备用.1.3PMMA胶体微球的制备利用种子法合成大粒径的PMMA微球.将MMA用活性炭吸附12 h，除去阻聚剂.采用无皂乳液聚合法［24］合成262 nm的PMMA种子微球，经过反复离心再分散的方法进行纯化并调整其质量浓度为0.03 g/mL.在250 mL四口烧瓶中加入90 mL超纯水和25 mL PMMA种子溶液，通入N2气除氧，并设定机械搅拌速度为300 r/min.通N2气0.5 h后，通过油浴加热反应液到80℃.温度稳定后向反应液中加入5 mL过硫酸钾(0.2 g)水溶液和20 mL MMA，保持反应温度和搅拌速度回流45 min.聚合反应结束后，将PMMA微球用超纯水进行反复离心纯化，备用.1.4 2D-CCHs阵列的制备采用多次尖端导流法组装制备2D-CCHs阵列.对玻璃片进行亲水处理后在H2SO4-H2O2混合液(7/3，体积比)中浸泡12 h，再将玻璃片放入去离子水中超声清洗3次，晾干备用.用尖端导流界面自组装的方法［22］在水面制备第1层PS二维胶体晶体阵列，并转移到玻璃基片上.将纯化后的PS微球悬浮液重新分散在一定量的水中，调节其浓度为0.15 g/mL，加入一定量的正丙醇，使PS乳液与正丙醇的体积比为3∶1，得到PS正丙醇乳液，用涡旋振荡器振荡混合均匀;用载有电泳点样枪头的移液枪吸取少量PS正丙醇乳液(约25 μL)，并将移液枪头尖端与加满超纯水的直径为10 cm的圆形水槽液面刚刚接触，并缓慢匀速地将PS乳液注入于水面;使PS乳液快速地铺展在水面上，并自组装形成单层的胶体晶体.用亲水性处理后的玻璃片伸入水面下方，慢慢将铺于水面的PS单层胶体阵列捞起，待玻璃片上的水分挥发后得到负载于玻璃片上的PS二维光子晶体.采用同样的方法在水面上制备第2层不同尺寸的PS二维胶体晶体，以负载在玻璃片上的第1层PS二维胶体晶体为“基片”，制备第2层PS二维胶体晶体，晾干，得到双层PS 2D-CCHs.同样的方法制备3层的PS-PSPMMA胶体晶体异质结构.1.5 2D-CCHs反蛋白石凝胶的制备将2.5 g(19.2 mmol)HEMA，71 mg(1 mmol)AA，46 mg(0.23 mmol)EDMA，21 μL(0.1 mmol)DEAP和1.9 mL水混合于离心管中，超声分散后，通N2气5 min除氧，得到凝胶预聚液.采用上述制备好的双层和三层2D-CCHs为模板，取凝胶预聚液50 μL滴加到模板上，再盖上一片洁净的盖玻片，在365 nm紫外光下聚合2 h，得到包埋有2D-CCHs的水凝胶膜.去掉上层盖玻片，将水凝胶膜浸于二氯甲烷中过夜，以除掉PS微球或PMMA微球，制得双层和三层反蛋白石2D-CCHs凝胶.双层2D-CCHs反蛋白石凝胶的制备过程如Scheme 1所示. Scheme 1 The preparation of 2D colloidal crystal heterostructures(2D-CCHs)inverse opals2 结果与讨论2.1 PS微球和PMMA微球的表征胶体微球的粒径随着聚合体系离子强度的增加而增大［25］，采用乳液聚合法制备PS微球时通过加入NaCl调整离子强度.在相同条件下，未添加NaCl的PS微球粒径为590 nm［图1(A)］，添加NaCl的PS微球粒径为640 nm［图1(B)］，微球粒径均一，说明离子强度对微球的单分散性无明显影响.通过种子聚合法制备了粒径为710 nm的PMMA微球［图1(C)］，且粒径均一，单分散性良好. Fig.1 SEM images of 2D colloidal crystal arrays with different monodisperse particles(A)PS，size:590 nm;(B)PS+NaCl，size:640nm;(C)PMMA，size:710 nm.2.2 2D-CCHs的表征图2给出了制备的单层(590 nm PS)、双层(590 nm PS-640 nm PS)和三层(590 nm PS-640 nm PS-710 nm PMMA)胶体晶体阵列异质结构的SEM照片.可以看出，3种结构均为整齐的六边形密堆积，说明利用多次尖端导流法制备二维胶体晶体异质结构不会对阵列结构造成明显破坏，但随着异质结构层数的增加，阵列的有序度变差.Fig.2 Top-view SEM(A—C)and cross-sectional SEM(D—F)of 2D-CCHs with 590 nm PS(A，D)，590 nm PS-640 nm PS(B，E)and 590 nm PS-640 nm PS-710 nm PMMA(C，F)对于二维光子晶体，如果入射光是单色光，且垂直入射，那么在二维光子晶体背面能发生德拜(Debye)衍射，产生的德拜衍射环可用于表征二维光子晶体的晶格参数［25］，从而反映密堆积的二维胶体晶体凝胶异质结构体积的改变.德拜衍射角α由单色光的波长λ、光子晶体球间距d共同决定:在本文中，单色光源为蓝紫色激光笔(λ≈405 nm)光源，固定屏幕与光子晶体样品之间的距离h，即可得到德拜衍射环的直径(D)，根据德拜环的直径D，可以通过下式求得衍射角α:将衍射角α代入式(1)，可反求得到胶体晶体阵列的球间距d.由于制备的PS和PMMA胶体晶体阵列是密堆积的，因此球间距也就是胶体微球的粒径.调节距离h=7.1 cm，分别测量上述3种2D-CCHs，可看到明亮的德拜衍射环［图3(A)～(C)］.随着二维胶体晶体的逐渐叠加，德拜衍射环也发生相应的叠加.值得注意的是，最先叠加上去的PS二维胶体晶体的德拜衍射环的亮度比较弱，这可能是因为，随着异质结构层数的增加，阵列的有序性变差，亮度也相应减弱.图3(D)～(F)表明，随着二维胶体晶体阵列的叠加，其结构色也发生相应地叠加.Fig.3 Debye diffraction rings(A—C)and the structure color(D—F)of 2D-CCHS with 590 nm PS(A，D)，590 nm PS-640 nm PS(B，E)and 590 nm PS-640 nm PS-710 nm PMMA(C，F)2.3 双层2D-CCHs反蛋白石凝胶对pH的响应性Fig.4 Change of Debye diffraction rings(A)and structure color(B)of double-layers 2D-CCHs inverse opals response to pH考察了590～640 nm双层2D-CCHs的pH响应性，用德拜衍射环和结构色的变化进行表征(图4).由图4(A)可见，将双层2D-CCHs从pH=7缓冲溶液转移至pH=3的缓冲液中，2个德拜衍射环直径均减小，由式(1)和式(2)计算可知，2D-CCHs反蛋白石凝胶的球间距分别从980和780 nm降至900和700 nm;图4(B)表明，pH值的改变使结构色从黄绿色变成了蓝紫色.这主要是因为凝胶中的功能单体AA含有羧基，在不同pH值的水溶液中羧基的解离程度不同，当pH=7时，大量的羧酸基团发生解离，生成了带负电的羧酸根离子，使凝胶网络结构带电，引起凝胶的渗透压增加.当pH值降低至3时，绝大多数的羧基没有发生解离，仍是中性状态，从而使凝胶发生了收缩.2.4 2D-CCHs反蛋白石凝胶的表征由于反蛋白石结构的材料可选范围更为广泛，传质速度更快，在应用方面的价值大于蛋白石类光子晶体［19，26～30］.图5为制备的单层、双层和三层2D-CCHs 反蛋白石胶体晶体异质结构的SEM俯视图和SEM侧面图.由图5可见，反蛋白石二维光子晶体凝胶及其异质结构中仍具有互相贯通的规则多孔结构，说明凝胶的填充对2D-CCHs模板没有明显的破坏作用.但对比图5(E)与图5(F)可知，随着异质结构层数的增加，其反蛋白石结构的有序度变差，这主要是由于多次捞取二维胶体晶体阵列所致.Fig.5 Top-view SEM(A—C)and cross-sectional view SEM(D—F)of single-layer(A，D)，double-layers(B，E)and triple-layers(C，F)2D-CCHs inverse opals与三维光子晶体类似，二维光子晶体同样会对入射光产生布拉格衍射:式中，m为衍射级数，d为二维胶体晶体阵列的球间距，λ为衍射光波长，θ为入射光对二维胶体晶体阵列法线方向的夹角［23］.从式(3)可以看出，当入射光线角度固定时，衍射光波长与胶体微球球间距成正比.通过光纤光谱仪检测590 nm PS-640 nm PS-710 nm PMMA三层阵列的反蛋白石凝胶布拉格衍射峰的位置［20，31～33］，对该凝胶的光学性质进行表征.由图6反射光谱图可见，尺寸为590和640 nm的二维胶体晶体凝胶的反射峰分别为362和621 nm，但未检测到710 nm二维胶体晶体凝胶的反射峰，表明710 nm二维胶体晶体凝胶的反射峰波长大于800 nm，超出了检测范围.Fig.6 Reflectance spectrum of triplelayers 2D-CCHs inverse opals3 结论采用多次尖端导流法在空气/水界面上制得较规整的双层和三层2D-CCHs阵列及反蛋白石凝胶，并用德拜衍射环对其光学性质进行了表征.光学表征和结构色观测表明，2D-CCHs的光学禁带具有叠加效应.反蛋白石双层二维胶体晶体凝胶对pH 值具有响应性，德拜衍射环和结构色的检测都说明随着pH值的降低，凝胶发生收缩，表胆反蛋白石凝胶异质结构可应用于化学传感领域.通过改变PS或PMMA胶体粒子阵列的晶格间距或组合方式改变其衍射性质，由具有不同粒径和不同折射率的小球自组装得到光学带隙更宽的异质结构在化学传感器、光学滤波器和波导等领域具有潜在的应用价值.参考文献【相关文献】［1］ Saado Y.，Ji T.，Golosovsky M.，Davidov D.，Avni Y.，Frenkel A.，Opt.Mater.，2001，17(1/2)，1—6［2］ Yan H.W.，Zhang L.，Li B.，Yin Q.，High Power Laser and Particle Beams，2010，22(12)，2897—2900［3］ Jin W.T.，Xue Y.L.，ser Technol.，2015，66，106—111［4］ Baert K.，Song K.，Vallee R.A.L.，van der Auweraer M.，Clays K.，J.Appl.Phys.，2006，100(12)，123112—123117［5］ Liu Z.Q.，Liu G.Q.，Chen J.，Hu Y.，Zhang X.N.，Zheng Z.J.，Mater.Lett.，2014，116，382—385［6］ Xie K.Y.，Guo M.，Lu W.，Huang H.T.，Nanotechnology，2014，25(45)，455401—455408［7］ Han M.G.，Shin C.G.，Jeon S.J.，Shim H.S.，Heo C.J.，Jin H.S.，Kim J.W.，Lee S.Y.，Adv.Mater.，2012，24(48)，6438—6444［8］ Griffete N.，Frederich H.，Maitre A.，Schwob C.，Ravaine S.，Carbonnier B.，Chehimi M.M.，Mangeney C.，J.Colloid Interf.Sci.，2011，364(1)，18—23［9］ Smith N.L.，Hong Z.M.，Asher S.A.，Analyst，2014，139(24)，6379—6386［10］ Chen F.J.，Guo J.B.，Jin O.Y.，Wei J.，Chin.J.Polym.Sci.，2013，31(4)，630—640 ［11］ Arsenault A.，Fleischhaker F.，von Freymann G.，Kitaev V.，Miguez H.，Mihi A.，Tetreault N.，Vekris E.，Manners I.，Aitchison S.，Perovic D.，Ozin G.A.，Adv.Mater.，2006，18(20)，2779—2785［12］ Masse P.，Vallee R.A.L.，Dechezelles J.F.，Rosselgong J.，Cloutet E.，Cramail H.，Zhao X.S.，Ravaine S.，J.Phys.Chem.，C，2009，113(32)，14487—14492［13］ Yan Q.F.，Teh L.K.，Shao Q.，Wong C.C.，Chiang Y.M.，Langmuir，2008，24(5)，1796—1800［14］ Jiang Q.S.，Gao J.，Wei H.L.，Yi L.，J.Mater.Sci.，2014，49(4)，1832—1838 ［15］ Li J.，Luan S.F.，Huang W.H.，Han Y.C.，Colloid.Surface A，2007，295(1—3)，107—112［16］ Cai Z.Y.，Liu Y.J.，Teng J.H.，Lu X.M.，ACS Appl.Mater.Inter.，2012，4(10)，5562—5569［17］ Egen M.，Voss R.，Griesebock B.，Zentel R.，Romanov S.，Torres C.S.，Chem.Mater.，2003，15(20)，3786—3792［18］ Yan Q.F.，Zhao X.S.，Zhou Z.C.，J.Cryst.Growth，2006，288(1)，205—208［19］ Wang A.J.，Chen S.L.，Dong P.，Zhou Z.，Synthetic Met.，2011，161(5/6)，504—507［20］ Liu X.M.，Zhao D.B.，Geng C.，Zhang L.J.，Tan T.Y.，Hu M.Z.，Yan Q.F.，J.Colloid Interf.Sci.，2014，434，98—103［21］ Zhang J.T.，Wang L.L.，Chao X.，Asher S.A.，Langmuir，2011，27(24)，15230—15235［22］ Zhang J.T.，Wang L.L.，Lamont D.N.，Velankar S.S.，Asher S.A.，Angew.Chem.Int.Ed.，2012，51(25)，6117—6120［23］ Zhang J.T.，Wang L.L.，Luo J.，Tikhonov A.，Kornienko N.，Asher S.A.，J.Am.Chem.Soc.，2011，133(24)，9152—9155［24］ Xue F.，Meng Z.H.，Wang Y.F.，Huang S.Y.，Wang Q.H.，Lu W.，Xue M.，Anal.Methods-UK，2014，6(3)，831—837［25］ Reese C.E.，Asher S.A.，J.Colloid Interf.Sci.，2002，248(1)，41—46［26］ Kubrin R.，Lee H.S.，Zierold R.，Petrov A.Y.，Janssen R.，Nielsch K.，Eich M.，Schneider G.A.，J.Am.Ceram.Soc.，2012，95(7)，2226—2235［27］ Yan H.W.，Zhang L.，Lu H.B.，Yuan X.D.，Ren H.B.，High Power Laser and Particle Beams，2012，24(9)，2125—2129［28］Zhang Y.N.，Fu M.，Wang J.G.，He D.W.，Wang Y.S.，Opt.Mater.，2012，34(11)，1758—1761［29］ Fu M.，Li S.L.，Yao J.，Wu H.P.，He D.W.，Wang Y.S.，J.Porous.Mat.，2013，20(6)，1485—1489［30］ Wang Q.H.，Xue M.，Wang F.Y.，Yan Z.Q.，Xue F.，Chen W.，Qi F.L.，Meng Z.H.，Xu Z.B.，Chem.J.Chinese Universities，2014，35(11)，2297—2302(王秋鸿，薛敏，王丰彦，阎泽群，薛飞，陈伟，齐丰莲，孟子晖，徐志斌.高等学校化学学报，2014，35(11)，2297—2302)［31］ Khokhar A.Z.，Rahman F.，Johnson N.P.，Appl.Phys.A，Mater.，2011，102(2)，281—287［32］ Yan H.W.，Zhang L.，Zhu F.H.，Li B.，Yin Q.，Acta Optica Sinica，2010，30(12)，3592—3596(严鸿维，张林，朱方华，李波，尹强.光学学报，2010，30(12)，3592—3596) ［33］ Wang C.，Peng T.J.，Duan T.，Journal of Synthetic Crystals，2010，39(2)，474—480(王充，彭同江，段涛.人工晶体学报，2010，39(2)，474—480)。