单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装 (1)
单分散聚苯乙烯胶体微球的制备及表征
单分散聚苯乙烯胶体微球的制备及表征王晓冬;赵阳;仪桂云;云辉;陈恩甲【摘要】采用分散聚合法制备了粒度为3～8μm的单分散聚苯乙烯(PS)胶体微球,并重点考察了分散稳定剂用量,引发剂用量,单体用量,不同分散介质和温度等工艺条件对PS微球的粒度及单分散性的影响.研究发现,PS微球的平均粒径随分散稳定剂用量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的增加而减小,随引发剂用量的增加而增加,随单体用量升高而增大,随分散介质中水用量的增加而减小,随温度的升高而增大.其中PVP用量和初始单体浓度是影响粒径关键因素.PS微球粒径的相对标准偏差随PVP用量的增加而降低,随引发剂用量的增加而增加.反应介质中加入微量水后,发现粒径偏差显著降低.%In this paper monodisperse polystyrene ( PS) microspheres with the size of 3 - 8 μm were prepared by dispersion polymerization. The effect of stabilizer ( PVP) and initiator ( AIBN) , the concentration of monomer, medium characteristics and temperature on the particle size and size distribution were investigated. The results showed that particle size decreased as the increase of stabilizer, particle size increased with the increase of initiator, the concentralion of monomer, temperature and water in the medium. The PVP and the concentration of monomer were cricical factors for the particle size. Relative standard deviation ( RSD) of PS particles size decreased as the increase of PVP, and increased with the increase initiator. RSD of PS particle size decreased markedly after adding water into ethanol medium.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(030)001【总页数】6页(P94-99)【关键词】分散聚合;PS微球;单分散;微米级【作者】王晓冬;赵阳;仪桂云;云辉;陈恩甲【作者单位】河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】O6310 引言单分散、大粒径具有不同颗粒形态和表面特征的聚合物微球因其具有比表面大、吸附性强、凝集作用大及有表面反应能力等特异性质,故在标准计量、医学免疫、生物工程、分析化学、化学工业及微电子等领域里有着极其广阔的应用前景[1-3]．特别是随着液晶技术的发展,聚合物微球作液晶显示器间隔材料有着广泛的应用前景[4]．用于液晶显示器间隔剂的聚合物微球具有严格的要求[5]：粒径均一，粒径相对标准偏差要求在4%以下，否则无法保持液晶厚度的均一；尺寸适当，一般粒径为3～8 μm的微球较常用；高纯度性,以避免微球污染液晶；较高的压缩强度和压缩弹性；与液晶材料相近的热膨胀系数等．另外单分散大粒径聚合物微球还可用作高档涂料和油墨添加剂，能显著提高其遮盖能力．用作干洗剂和化妆品的润滑材料，能改善其附着性和吸汗性[6-7]．20世纪80年代，Vanderhoff 等人[8-9]曾在宇宙飞船上的失重条件下用种子乳液聚合法制成了粒径为2～30 μm的单分散PS微球．但因成本太高，技术难以普及推广．近年来人们用分散聚合法[10-15]及种子溶胀法[16]，合成出了微米级的单分散PS微球，但对粒度在3～8 μm的PS微球的单分散性并不尽如意，有待于进一步深化和提高．本文针对粒径范围在3～8 μm、单分散的、球形度好及表面光滑的PS微球，通过研究影响分散聚合反应的诸多因素，制备了粒径相对标准偏差小于4%大粒径的PS微球，以推动单分散大粒径PS微球的应用．1 实验方法1.1 试剂与设备苯乙烯(St)(成都市科龙化工试剂厂生产，使用前用质量浓度为5%的NaOH溶液去除阻聚剂，然后减压蒸馏提纯；乙醇(洛阳市化工试剂厂生产)；偶氮二异丁腈(AIBN)(天津市科密欧化学试剂有限公司生产)；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(上海华硕精细化学品有限公司生产)．所有试剂均为分析纯．二次蒸馏水由实验室自制．SG-4052型超级恒温水浴(上海硕光电子科技有限公司生产)；79-2型双向磁力加热搅拌器(常州市华普达教学仪器有限公司生产)；R-1001型旋转蒸发仪(郑州长城科工贸有限公司生产)，KQ-300E型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司生产)；SHB-Ⅲ型循环式真空泵(北京中兴伟业仪器有限公司生产)；JEOL JSM-6390/LV型扫描电子显微镜(日本电子公司生产)．1.2 PS微球的制备在配有磁力搅拌装置及恒温水浴的夹套反应器内依次加入配方量的反应介质和分散稳定剂PVP，搅拌10 min，使PVP充分溶解．待温度升至设定温度后，将溶有引发剂AIBN的单体St加入夹套反应器中，通入氮气5 min以排除体系中的氧气，反应12 h后终止反应．收集PS微球悬浮液样品至塑料瓶中保存．典型配方为：乙醇质量为30.00 g，PVP质量为0.50 g，单体质量为10.00 g，引发剂质量为0.11 g．制备条件为：温度为66 ℃，搅拌速度350 r/min．1.3 分析测试PS微球的粒度用扫描电子显微镜(SEM)表征．使用Nano Measurer软件测量SEM电子照片上PS微球的粒径，随机选取100个PS颗粒测量，再进行平均粒径d和偏差的统计处理．PS微球的平均粒径d、标准偏差δ和相对标准偏差ε按下列公式计算：/n，δ/n-1]0.5，ε=δ/d，式中：di为单个PS微球的粒径；d为PS微球平均粒径；n为样本容量；δ为标准偏差；ε为粒径相对标准偏差．ε数值越小，表明微球大小越均匀，单分散性越好．2 实验结果与讨论2.1 分散稳定剂用量对粒径及分布的影响表1是不同分散稳定剂PVP用量下，PS胶体微球的粒径及分布的变化情况，样品的SEM扫描照片如图1所示．从图1可以看出，PS微球的球形度和光滑度都比较好；随着PVP用量的增加，聚苯乙烯微球的粒径d逐渐减小，粒径分布变窄，但单分散性都比较差，这一点从表1中测算的粒径相对标准偏差均大于15%也可得到印证．PVP 作为一种位阻型稳定剂，随PVP 用量的增加，一方面使得成核数目增多，使每个成核粒子得到的单体量减少，导致粒径变小；另一方面，连续相中黏度增大，粒子间相互结合的阻力增大，导致粒径减小．随PVP用量的增加，还能够有效抑制二次成核，使粒径分布变窄，同时体系所含稳定核心数目更多，粒径分布变窄．表1 PVP用量对平均粒径及偏差的影响Tab.1 Effect of PVP on the particle size andRSDNo.mPVP/gd/μmε/%10.20526.62440.420.30255.43731.230.40505.3242 0.240.49564.93615.2表2 AIBN的用量对粒径及偏差的影响Tab.2 Effect of AIBN on the particle size andRSDNo.mAIBN/gd/μmε/%10.10106.51719.8420.21406.51921.4530.31036.5 6025.8740.40096.63530.282.2 引发剂用量对粒径及分布的影响表2是不同引发剂用量下，PS微球粒径及分布的变化情况，样品的SEM扫描照片如图2所示．从图2和表2中可以看出，PS微球的粒径和偏差随引发剂AIBN用量的增大而增加，但粒径增加幅度不大．由此可见，引发剂用量对PS微球粒径存在影响，但并不显著，但对单分散性影响较大．这可能是由于引发剂用量的增加，自由基形成速率加快，在反应初期引发形成的活性链也增多，有利于相互缠结形成较大的初级核，从而增长为较大的微球．但随着粒子间碰撞几率的增大，体系变得不稳定，同时随着引发剂用量增加，二次成核的概率增大，都使得粒径分布变宽．因此只有引发剂质量分数在一定范围内才能获得单分散的聚合物微球．2.3 单体用量对粒径及分布的影响表3是不同单体用量下PS微球粒径及分布的变化情况，样品的SEM扫描照片如图3所示．从图3和表3中可以看出，PS微球粒径和偏差均随单体St用量的增加而增加．研究发现，随着单体用量的增加，一方面可以增加齐聚物链在分散介质中的溶解度，使齐聚物的临界链长增加，结果导致沉淀所形成的核心数目减少；另一方面随单体St用量增加，用于核心生长的单体数量增加，最终PS微球粒径增大．单体St用量对PS微球的粒径分布影响也很大．在分散稳定剂PVP用量一定的情况下，随着体系中St单体用量的增加，分散稳定剂的保护作用逐渐减弱，使一些PS微球处于非稳定状态，发生相互黏结，PS微球的单分散性逐渐变差．2.4 分散介质对粒径及分布的影响表4是不同水用量下，PS微球粒径及分布的变化情况，样品的SEM扫描照片如图4所示．从图4可以看出，除图4(f)中部分PS微球存在黏接情况，致使微球的单分散性和球形度变差外，其余样品的PS微球单分散性和光滑度都比较好．表3 单体St用量对粒径及偏差的影响Tab.3 Effect of the amount of monomer on the particle size andRSDNo.MSt/gd/μmε/%17.034.50510.5210.035.43711.4313.056.32112.7417. 016.33814.4表4 水的用量对粒径及偏差的影响Tab.4 Effect of amount of water in ethanol medium on the particle size andRSDNo.me/gmH2O/gd/μmε/%130.920.04274.1903.2229.330.08523.6863.3 329.150.22143.6583.4429.320.32003.4744.6529.670.52883.2855.3630.320.9 6273.2938.7从图4及表4可以看出，PS胶体微球的粒径随着反应介质中水的用量增加而逐渐减小，粒径偏差逐渐增大．在分散聚合反应中，能够影响成核阶段的因素都将对PS微球的粒径及偏差造成影响．随水量的增加，反应介质的极性增加．这虽不影响PVP的溶解性，但反应介质对单体和聚合物的溶解性均降低，成核的临界链长降低，高分子链析出成核所需时间逐渐缩短，因此成核速度和PVP在PS微球上的吸附速度同时提高，形成的新核心数目增加，导致最终PS微球粒径变小．同时水用量的增加，较高成核速度和稳定剂吸附速度会使PS微球从连续相中捕捉游离的齐聚物自由基和死聚合物链变的困难，二次成核现象显著，使得微球的粒度分布变宽．从图3(f)可以看出,当水的用量达到0.9 627 g时，单分散性明显降低,粒子球形度变差．2.5 温度对粒径及分布的影响表5 温度对粒径及偏差的影响Tab.5 Effect of temperature on the particle size andRSDNo.T/℃d/μmε/%1623.4775.422643.7335.953663.9746.624684.3086.81 5703.9067.06表5是不同制备温度下，PS微球粒径及分布的变化情况，样品的SEM扫描照片如图5所示．由表5和图5可以看出，反应体系温度在62～68℃间变化时，PS微球粒径逐渐增大，粒径分布变宽，但变化幅度不大．在分散聚合反应过程中，随反应体系温度的升高，会出现如下变化：反应介质的溶解能力提高，使聚合物临界链长增大；引发剂分解速率提高，使齐聚物自由基的增长速度增加，沉析出的齐聚物的浓度增大；PVP在反应介质中的溶解性增大，导致PVP的吸附速度下降；连续相黏度降低，粒子间相互碰撞后结合在一起的可能性增加．上述变化都使PS微球的粒径变大，同时引起聚合物颗粒的总表面积下降，对连续相中齐聚物自由基和死聚合物链的捕捉效率下降，出现新核心的可能性增加，粒径分布变宽．3 结论用分散聚合法制备了粒径在3～8 μm的PS胶体微球．考察了影响PS微球粒度及分布的诸多因素．研究发现，PS微球的平均粒径随分散稳定剂PVP用量的增加而减小，随单体浓度升高而增大，随分散介质中水用量的增加而减小，随温度的升高而增大，随引发剂用量的增加而增加，但变化不大．其中PVP用量和初始单体浓度是影响粒径关键因素．PS微球粒径的相对标准偏差随PVP用量的增加而降低，随引发剂用量的增加而增加．反应介质中加入微量水后，粒径偏差显著降低．在苯乙烯10.55 g，乙醇29.15 g，水0.221 4 g，PVP 0.505 6 g，AIBN 0.108 1 g，66℃的条件下成功制备出平均粒径为3.658 μm、粒径相对标准偏差为3.4%、球形度好、表面光滑的单分散聚苯乙烯微球．参考文献：[1] HOU X, GAO B, ZHANG Z G, et al. 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Proc., 1987, 87 : 213-223.[9] VANDERHOFF J W, EL-AASSE M S, MICALE F J, et al. Preparation of large-particle-size monodisperse latexes in space:polymerization kinetics and process development [J]. Journal of Dispersion Science and Technology, 1984, 5 (3) : 231-246.[10] 张凯,傅强,江璐霞.分散聚合反应中影响聚苯乙烯微球粒径的因素[J].材料研究学报,2003,17(1):102-108.[11] 王为强,张秋禹,刘燕燕,等.单分散大粒径交联聚苯乙烯微球的制备及功能化改性的研究进展[J].化工进展,2009,28(1):93-98.[12] 胡杰,袁新华,曹顺生.分散聚合制备聚苯乙烯微球[J].江苏大学学报：自然科学版,2009,30(4):370-373.[13] 佟斌,孙洪波,石建兵,等.分散聚合法制备单分散交联PMMA微球[J].北京理工大学学报,2007,27(3):270-273.[14] DOROTA N. Graft copolymers with poly(ethylene oxide) segments [J]. Polymer International, 2007, 56 (12) : 1469-1498.[15] LEE K S, JUNG H J, KIM S Y, et al. Synthesis and characterization of cross-type vinylurethane macromonomer (C-VUM) and their application in the dispersion polymerization of styrene [J]. Polymer, 2006, 47 (6) : 1830-1836.[16] SINAN A, NALAN T, ADIL D. Porous dye affinity beads for albumin separation from human plasma [J]. J. Appl. Polym. Sci., 2007, 105 (3) : 1251-1260.。
论文题目 - 南京理工大学泰州科技学院
吴兴军 肖章红 茆青松 杜华章 吴茂平 王 显
崔
林
刘建军
姜堰市人民医院 姜堰市人民医院 姜堰市皮肤病防治所 姜堰市农业委员会
王正云 杨士章
嫩化型猪肉脯的加工技术优化 不同热烫条件对胡萝卜加工品质 的影响 产单核细胞李斯特菌的脉冲场凝 胶电泳分型方法研究 不同激素配比对月季叶片愈伤组 织诱导的影响 亚甲蓝在 W/O-O/W、W/O-BI 微乳 液界面的分配与转移 银原子修饰的铂纳米粒子的制备 与其催化活性研究 关于城市道路排水设计重现期标 准的思考 睫状体形态和位置对眼前段空间 结构的影响 体外诱导胎盘间充质干细胞分化 为表皮细胞的实验研究 血清 GGT 水平与 GGT/ALT、 AST/ALT 比值联合分析对原发性肝癌的诊 断价值研究 介入化疗联合后程加速超分割三 维适形放疗晚期食管癌的临床研 究 靶向 MMP-2 的 RNAi 抑制胰腺癌 PANC-1 细胞侵袭性的实验研究 质子泵抑制剂雷贝拉唑钠的合成 活性嫩黄染料及其合成工艺研究 关于高压连接器的制造和设计技 术 几种种衣剂防治花生蛴螬效果研 究 电磁辐射及防护措施技术研究 骨髓基质细胞侧脑室移植对实验 性颅脑损伤鼠认知功能的影响 长江刀鲚幼鱼的采集与运输技术 研究 超高强度 R5 系泊链热处理工艺的 研究 短暂性脑缺血发作合并代谢综合 征对脑卒中的影响 加速康复外科及腹腔镜在胃癌中 的应用研究 个体化治疗软件对乳腺癌术后辅 助化疗有效性的验证研究
姚
芳
刘
靖
褚洁明 淡瑞芳 潘志明
江苏牧院 江苏牧院 江苏牧院 江苏牧院
张海涛 颜 吴 陈 王 卫 红 圆 莹
张海容 焦新安
郭 王
单分散PSt／SiO2杂化材料微球的制备及表征
射 线 能 谱议 ）Ｔ － Ｓ ；Ｇ Ｄ Ｃ分 析在 德 国耐 驰 公 司 Ｓ Ａ ４ Ｃ３Ｇ综 合热 分 析仪 上进 行 ， 温 速率 为 Ｔ ４ ９ ／／ 升
ｌ ℃ ／ ｉ ０ ｍ ｎ
２ 结 果 与讨 论
２１ 杂化材 料 的结构 和形态 ．
图 １是 不 同无 机 组 分 含 量 的 Ｐ ｔ ｉ 化 ｓ／ ０ 杂 ｓ 材 料红 外光 谱 ， 中 １５ 、４０ １０ｃ 处 为苯 图 ４０ １９ 、６０ｍ 环 的骨 架振 动 吸收 ，０ ０３６ 、００ｍ 处 为 苯 ３３ 、００ ３８ ｃ 环 上 的 Ｃ—Ｈ 键伸 缩 振 动 ，说 明 了苯环 的存 在 。
单 分 散性 微球在 光 学 、 学 、 物 医学 、 材 磁 生 新 料 制 备等方 面具 有广 泛 的应 用 ， 各种 不 同 结构 和性能 的单分 散性微球 不 断被合 成 出来 。有 机聚 合 物 一无 机 杂 化材 料 兼 有有 机 聚合 物材 料 和无 机材 料 的特 点 ， 并产生 协 同效 应 ｆ 而 且其 性 能可 ５ 】 ， 通过 改 变各组 分进 行方 便 调节 。 目前 ， 关 有机 有 聚 合 物 一无 机 复合 微 球 的研 究 主要 集 中在 具 有 核 ／ 结 构 的 功 能 性 微 球 ，如 Ｐ 壳 ＭＭＡ ＳＯ ［ ／ｉ２］ ６ 、
１８ｃ ００ｍ。处 是 由 ｓ一 一 ｉ 对 称 伸 缩 振 动 引 起 ｉ０ ｓ 不
的 ， 明杂 化材料 中存在 无机 Ｓ０ 网络 。 ６ ｍ１ 说 ｉ２ ９ ２ｃ
处 的 吸收 峰 是 由 ｓ一 一 ｉ０ Ｃ对 称伸 缩 振 动 引 起 的 ， 而且 峰强 度 随着 硅 酸 乙酯 一丙 烯 酸 单体 加 入量 的增 大 而增 强 。 由 Ｆ Ｉ 见 ， ＴＲ可 在杂 化材 料 中 ， 无 机 组 分 和 有 机 组分 之 间 以 Ｓ～ － ｉＯ Ｃ键 相 结 合 ， 杂 化 材 料 中无 机 组 分 的含 量可 通 过 硅 酸 乙酯 一丙 烯 酸单 体 的加入 量进 行方 便 调节 。
单分散PS微球的制备及其在多孔炭材料中的应用
单分散PS微球的制备及其在多孔炭材料中的应用蔡江涛;陈晨;张亚婷;刘国阳;邱介山;周安宁【期刊名称】《工程塑料应用》【年(卷),期】2015(41)11【摘要】在超声波辅助下通过微乳液法聚合出纳米聚苯乙烯(PS)微球,利用重力沉降法组装出PS胶晶阵列,并以该胶晶为大孔模板剂,制备出大孔-介孔分级炭材料.通过激光粒度仪、场发射扫描电镜、透射电镜、红外光谱及N2物理吸附与解吸附技术对产品的粒度、形貌、微观结构及性能进行表征与研究.结果表明,采用超声波辅助微乳液聚合,有利于单分散PS微球的可控制备.且增大过硫酸钾、聚乙烯吡咯烷酮的用量,PS微球粒径均会变小,而苯乙烯/十二烷基磺酸钠则要有适合的比例才能保证PS粒径小且均一单分散.以300 nm的PS胶晶为大孔模板剂,三嵌段共聚物P123和F127(质量比为1:3)做介孔模板剂,酚醛树脂预聚体和模板剂的质量比为3:2,制得大孔与介孔梯级分布的炭材料,其比表面积为510.5 m2/g,比容为0.2527 cm3/g.【总页数】5页(P22-26)【作者】蔡江涛;陈晨;张亚婷;刘国阳;邱介山;周安宁【作者单位】西安科技大学化学与化工学院,西安710054;西安科技大学化学与化工学院,西安710054;西安科技大学化学与化工学院,西安710054;西安科技大学化学与化工学院,西安710054;大连理工大学炭材料研究室,大连理工大学精细化工国家重点实验室,辽宁大连116024;西安科技大学化学与化工学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】TQ325.2【相关文献】1.单分散PS/PGMA核-壳型高分子微球的制备与表征 [J], 段殷;左锋;柴宏森;刘建华;王冬梅;徐亮;周晶2.单分散羧基化PS微球的制备及自组装 [J], 杨是佳;郭华超;于伟莉;邓伟3.基于无皂分散聚合技术制备单分散PS@SiO2木莓结构微球研究 [J], 罗雪妍;徐璐;吴高澄;胡艺伟;徐海超;刘伯军4.单分散纳米聚苯乙烯微球的制备及在多孔炭材料中的应用 [J], 蔡江涛;李小燕;邱介山;周安宁5.单分散Eu^(3+)-PS荧光微球的制备及性能 [J], 严长浩;张超;李云;张明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
单分散聚合物微球的制备及其自组装
单分散聚合物微球的制备及其自组装摘要：单分散聚合物微球在各种领域，如药物传递、生物传感器、催化剂、涂料等方面有着广泛的应用。
本文综述了单分散聚合物微球的制备方法、表征方法以及自组装行为，并探讨了其在不同领域中的应用。
关键词：单分散聚合物微球；制备；表征；自组装；应用一、引言单分散聚合物微球是一种具有均匀大小和形状的微粒，其直径通常在几纳米至数百微米之间。
这种微球具有许多优异的物理和化学性质，如高度可控的粒径、形状、表面性质和化学组成，以及良好的稳定性和可重复性。
因此，单分散聚合物微球广泛应用于药物传递、生物传感器、催化剂、涂料等领域。
本文综述了单分散聚合物微球的制备方法、表征方法以及自组装行为，并探讨了其在不同领域中的应用。
二、制备方法单分散聚合物微球的制备方法可以分为两类：自组装法和非自组装法。
（一）自组装法自组装法是指通过自组装过程控制微球的形成。
自组装法可以分为两种类型：自组装聚合法和自组装凝胶法。
1.自组装聚合法自组装聚合法是利用表面活性剂和水溶性单体在水相中形成微乳液，通过控制反应条件，如温度、pH值、单体浓度等，实现微球的聚合。
该方法具有简单、快速、易于扩大生产等优点，但微球的粒径分布较宽，且微球的组装方式受到限制。
2.自组装凝胶法自组装凝胶法是将单体、交联剂和表面活性剂在水相中形成凝胶，通过控制凝胶结构和反应条件实现微球的形成。
该方法具有微球粒径分布窄、形状可控、表面性质可调节等优点，但制备过程较为复杂。
（二）非自组装法非自组装法是指通过物理或化学方法控制微球的形成。
非自组装法可以分为两种类型：乳化法和溶液聚合法。
1.乳化法乳化法是将单体在油相中形成微乳液，通过控制反应条件实现微球的聚合。
该方法具有微球粒径分布窄、形状可控等优点，但制备过程较为复杂。
2.溶液聚合法溶液聚合法是将单体在溶液中聚合形成微球。
该方法具有制备过程简单、微球粒径分布窄等优点，但微球的形状和表面性质较难控制。
三、表征方法单分散聚合物微球的表征方法包括粒径分布、形貌、化学组成和表面性质等方面。
单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装
单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装第5期2010年9月华东师范大学(自然科学版)JournalofEastChinaNormalUniversity(NaturalScience)No.5Sep.2O10文章编号:1000—5641(2010)05—0126—08单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装宋娟,陈启明,严亚(1.泰州师范高等专科学校,江苏泰州225300;2.华东师范大学化学系,上海200062;3.大理学院药学院,云南大理671000)摘要:无皂乳液聚合法制备了不同尺寸单分散的PS微球,采用离心法和垂直沉降法将之组装成具有光子带隙的人工欧泊.采用扫描电子显微镜(SEM)和可见一紫外光度计对PS胶体晶体的形貌,结构和光学性能进行了观察测试.结果表明厚度较大的PS胶体晶体可以通过离心法组装制得,当转速为1000r/min,干燥温度为40℃时可以组装得到高质量的PS胶体晶体,而垂直沉降法则较适合组装薄型的胶体晶体.从样品的光学特性讨论了适合组装的乳液固含量,改变组装胶体晶体的PS微球粒径可以得到不同的光带隙波长.关键词:PS微球;胶体晶体;离心法;垂直沉降中图分类号:文献标识码:A SynthesisofmonodispersePSmicrospheresandself-assemblyofthecolloidalcrystalsSONGJuan～.CHENQi—ming..YANY a,(1.TaizhouTeacher'SCollege,TaizhouJiangsu225300,China;2.DepartmentofChemistry,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China3.CollegeofPharmacy,DaliUniversity,DaliYunnan671000,China)Abstract:Monodispersepolystyrene(PS)colloidalparticleswerepreparedbyaquickemulsi fi—er-freeemulsionpolymerization(EFEP)method,andtheirhighlyorderedcolloidalcrystals were fabricatedbybothcentrifugalmethodandverticalsurfacemethod.ScanningElectronMicro scope(SEM)andVIs_UVwereusedtOstudythetopography,structureandopticalpropertiesofthe colloidalcrystals.Theresultingplanarsamplesbycentrifugalmethodweredistinctlythicker thanthatbyverticalsurfacemethod.PScolloidalcrystalsbycentrifugalmethodwithavelocit yof1000r/minandatemperatureof40℃exhibitedahighlyorderedthreedimensionalstruc—ture.Theoptimizedassemblyconditionswerediscussedviasamples'opticalpropertiesandth e transmissionspectrashowedthepeakwavelengthsufferedashiftwiththechangeofthePS spheres'diameter.Keywords:polystyrenemicrosphere;colloidalcrystal;centrifugalmethod;verticalsurface method收稿日期:2009—04第一作者:宋娟,女,硕士.通讯作者:陈启明,男,副教授,研究方向为物理化学Email:****************.edu.en.第5期宋娟,等:单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装127胶体晶体是由乳胶粒子自组装成三维有序结构的光子晶体.基于Bragg散射,它能在一定方向上形成光子带隙.因其特殊的光学性能,在合成材料领域引起了人们的广泛关注.用于组装胶体晶体的乳胶粒子要求具备良好的单分散性并能够在组装过程中分布均匀,因此可以通过将乳胶粒子悬浮于水中,利用静电排斥或者垂直沉降等方法来自组装成胶体晶体口..聚苯乙烯(PS)胶体颗粒,因其高度的单分散性,理想的球状外形及易控的粒径大小一直在表面电性胶体科学研究中有着广泛的应用..本课题组采用无皂乳液聚合法在水分散介质中制备单分散PS微球,并通过控制实验温度,单体浓度,引发剂浓度和离子强度来实现PS微球的尺寸可控[1.在本实验中,用该法制备了不同尺寸的单分散PS微球,采用垂直沉降法和离心法将之组装成PS胶体晶体,利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计等对组装得到的样品进行形貌和光学性能分析,探讨了组装条件对胶体晶体质量的影响.1实验1.1试剂苯乙烯(CH):化学纯试剂(上海凌峰化学试剂有限公司),聚合前单体先用1O的氢氧化钠水溶液洗涤3次,除去单体中的阻聚剂,然后用蒸馏水洗涤至中性,洗涤后的单体再经过减压蒸馏,短期存放于冰箱中备用;过硫酸钾(KS.O.):分析纯试剂(中国医药(集团)上海化学试剂公司),使用前经重结晶处理,并保存于冰箱中;氯化钠(NaC1)为分析纯试剂(上海试剂四厂昆山分厂),使用前经重结晶处理;氮气(N:)为纯氮;水(HO)为经离子交换树脂纯化的去离子水,再进行二次蒸馏,比电导低于1t~s/cm.1.2仪器85—2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器厂);pHS一3型数字酸度计(杭州亚美电子仪器厂);SHZ—D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂);TDL一5型低速大容量离心机(上海安亭科学仪器厂);JSM一6360LV型号SEM(日本电子(JEOL)公司);710FT-IR 分光光度计(美国Nicolet);KQ218超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);721型分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);ZK一82型电热真空干燥箱(上海实验仪器厂);JSM一5610LV扫描电子显微镜SEM(日本电子公司)1.3聚苯乙烯(PS)胶体微球的制备采用无皂乳液聚合法制备尺寸可控单分散性好的聚苯乙烯胶体微球.聚合反应在氮气保护下恒温进行,将单体苯乙烯(St)和二次蒸馏水先加入到圆底三颈瓶中,磁力搅拌器搅拌下通氮气驱氧15min,升温至70℃以上,达到温度平衡后加入引发剂过硫酸钾KPS (S2)水溶液,聚合时间为12h.1—4号样品对应的单体的浓度依次分别是0.50,0.88,0.88和0.88tool?L～,引发剂的浓度分别是3.50×10～,3.31×10～,3.31×10和4.97×10I3tool?L～,离子强度均为9.930×10tool?L～.反应温度分别是70,75,80和70.C.反应结束后,冷却至室温,得到聚合物乳液.用300nm孑L径微孔滤膜将聚合物乳液抽滤纯化,纯化过程中反复用二次蒸馏水洗涤,当滤液的电导率不再改变时,将得到的胶体颗128华东师范大学(自然科学版)粒烘干或重新超声分散后分别以固体和液体形式保存备用.图1为上述方法制得样品的红外光谱图,图中3060cm一,3025Cm和2920cm～,2849cm分别为芳族和脂肪族的C—H伸缩振动峰,1597cm..,1580cm和1491cm为苯基的C=C伸缩振动峰, 1448cm为亚甲基弯曲振动峰,906cm为端亚甲基面外弯曲振动峰,770—730cm和710—690cm为苯环上氢的C—H伸缩振动峰,540cm为乙烯化合物的C=C的扭曲振动峰,而此峰的存在说明苯乙烯是聚合的.谱图说明实验制得了聚苯乙烯PS微球.PS 胶体颗粒的尺寸和尺寸分布情况见图2,图2中PS粒径和分散系数见表1. 0003500300025002000l500l000500cm'图1聚苯乙烯颗粒的红外光谱图Fig.1IRspectrumofPSmicrospheres一一一一图2PS胶体微球的SEM照片Fig.2SEMimagesofPSparticlesforsel~assembly表1PS微球的尺寸参数Tab.1ParametersofPSparticlesforsel~assembly1.4聚苯乙烯胶体晶体的组装1.4.1垂直沉降法组装聚苯乙烯胶体晶体粒径分别为442,474,480和581nm的单分散聚苯乙烯PS胶体微球分散于双蒸水中,配制成0.2的乳液;粒径为442nm的聚苯乙烯Ps胶体微球配制成0.01%,0.1%, 0.2,0.3,0.4和0.5%乳液.上述两个系列的乳液经超声充分分散后,分别倒人事先洗净的小烧杯中,将洁净的载玻片垂直插A.-~L液中,并固定好载玻片使之不会移动,置于平∞∞舳加∞如∞如加m第5期宋娟,等:单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装129稳安静之处.待水分挥发后,取出载玻片,载玻片上便生成了聚苯乙烯胶体晶体.垂直沉降法一般适用于组装比较薄的Ps胶体晶体,如果要组装厚度较大的胶体晶体,离心法是比较好的选择.1.4.2离心法组装聚苯乙烯胶体晶体聚苯乙烯微球密度约为1.008g/cm.,与分散介质水的密度极为接近,在重力场中无法沉降,可以通过引入离心力场利用PS微球自身的静电力来进行组装l】"],从而生成尺寸范围较大的胶体晶体.在这种方法中,离心力的大小是决定胶体晶体质量的关键,如果离心力场过大就会导致颗粒的无序堆积,离心力场过小,会导致颗粒沉不下来或沉降速度过慢.JohnsonE指出由于离心力的作用可以显着地提高颗粒的沉降速度,因此使用这种方法只需数小时就可以得到胶体颗粒的有序密堆积结构[1.将自制的粒径为474nm的聚苯乙烯胶体微球经超声充分分散后,分装到数支离心试管中,以1000,2000,3000r/rain的转速离心24~30h,移去上层清液后,置于恒温箱中分别以4O,60,80℃干燥后制得聚苯乙烯胶体晶体样品.利用扫描电子显微镜对组装好的样品形貌结构进行观察分析.2实验结果与讨论2.1垂直沉降法组装完成后,载玻片上均匀覆盖了一层PS胶体晶体,在自然光的照射下随着入射光角度的变化,呈现出由红到绿的颜色变化.如果PS胶体微球通过垂直沉降法能够组装成高度有序的面心立方结构,那么根据布拉格定律,可以观察到由平面上表面的系列面的布拉格反射引起的光带隙,在光带隙中心附近,透射强度将会衰减很多.可以通过透射光的强度衰减来找出光带隙的位置,同时也可以通过透射强度衰减的程度来判断组装得到的样品的有序程度即胶体晶体的质量好坏.图3和图4分别是不同固含量乳液和不同粒径PS微球形成的胶体晶体的透射光谱图,从图3可以看到当PS的固含量为0.1和0.2时,透射光强度衰减最为明显,即此时形成的胶体晶体质量最好;固含量为0.O1的PS乳液组装得到的胶体晶体的透射图谱没有明显的衰减迹象,主要是由于过低的固含量导致垂直沉降的厚度太小,而不能形成足够多层数高度有序的微球排列;而0.3和0.49/6固含量所组装得到的样品,虽然可以看到透射强度的衰减,但是其幅度是小于0.1和0.29/5的,说明由于形成胶体晶体厚度的增加,有序性有一定程度的降低;当PS固含量达到0.5%时,透射光强度的衰减又不是很明显了,说明由其组装的胶体晶体的质量明显下降,有序度较差.由此可以得出这样的结论:垂直沉降法在组装厚度较小的胶体晶体时,可以保证其高度有序,但是想要增加晶体厚度,则要付出降低晶体质量的代价,这和邬泉周等_2叩的结论是类似的.因此垂直沉降法适用于组装薄层的PS胶体晶体.而利用光谱中透射光的衰减程度来判断胶晶质量的结论更加明确具体,操作上也更为简单,可以作为快速判断的依据.图4中比较了4种尺寸的PS微球组装得到样品的透射光谱,可以看到,随着微球粒径的增加,其透射光强度最低值的所在波长也在依次增加.根据布拉格定律,可计算出光子晶体透射光谱的中心波长:=2d…(eCOS)/2.(1)13O华东师范大学(自然科学版)十0.01%十0.1O%+O.20%—*一O-3O%—*一0.40%—?～0.50%wavelength/nm图3不同固含量PS乳液组装的胶体晶体透射图谱Fig.3TransmissionspectrumofPSopalcrystalsmadeatdifferentcontents.*_样品5一样品6样品7十样品8图4不I司粒径PS组装的胶体晶体透射图谱Fig.4TransmissionspectraofopalcrystalsmadeofdifferentdiameterPSspheres其中d为(111)面的面间距,对fcc结构,d=0.816口,"为球直径,0为人射光与样品表面法线在空气中的夹角,本文中为6O.,e为样品的有效电介质常数,可按下式估算: ￡一f1gPS十f2￡.(2),分别为PS和空气的介电常数;f,f2分别为PS微球和空气孔隙占光子晶体总体积的百分比,且_厂1+_厂':1.对于PS光子晶体,f≈76,f2≈24,=2.46,将微球粒径a分别代入公式(1),可得反射峰位置(见表2).4个样品对应的为520,558,565和684nm,而实测的布拉格反射值依次约为535,558,562和678rim,如表2所示.表中可见理论计算值与实验值基本一致,这充分说明可以通过垂直沉降法来组装出高度有序的面心立方胶体晶体.表2布拉格反射峰波长计算值和透射光谱实测值对比Tab.2ComparisonofcalculatedvalueofBragg'Slawandexperimentalresultsof thetransmissiondipposition第5期宋娟,等:单分散Ps微球的制备及其胶体晶体的组装1312.2离心法Johnson采用离心法成功组装了二氧化硅胶体晶体,相较于二氧化硅,PS微球的密度与水更为接近,因此利用离心力来组装其胶晶更为有效,并且离心法可以在短时间内快速组装出高质量的较大块的PS胶体晶体.利用此法组装得到的样品在自然光的照射下显现出彩色光泽,随着入射光角度的变化,胶体晶体表面颜色呈现了从绿到红的变化.图5是在不同转速下组装出来的胶体晶体的SEM照片.图5不I司转速组装的PS胶体晶体样品的SEM照片(a)1000r/min;(b)2000r/mm;(c)3000r/mlnFig.5SEMimageofPSopalsassemblyat(a)1000r/min;(b)2000r/min;(c)3000r/min从图5(a)可以看出,PS微球排列整齐,每一个微球周围有六个微球围绕,成热力学稳定六方排列,有很好的有序度;(b)中可以看到微球也具有一定程度的有序排列,但比(a)中呈现出一定的杂乱无序;而(c)则比(b)更加杂乱无章,这主要是因为在离心力场下,小球被快速强制堆积,每个颗粒所在的位置不一定是位能最小处,影响了材料的长程有序性.离心时转速越快,其离心加速度就越大,微球沉积所需的时间越短,越不利于小球组装到热力学最稳定的位置.通过对比可以发现,用1000r/rain的转速来组装可以得到较高质量的Ps胶体晶体.此外,实验中还发现真空干燥的温度对于PS胶体晶体质量也有一定的影响.图6中分别是恒温80,60,40.C时制得的PS胶体晶体.从电镜照片中可以看出不同温度干燥对形成的胶体晶体的质量的影响.离心后虽然已经把上层清液用胶头滴管移去,但是由于防止吸取液体时干扰到通过离心排列好的微球,滴管位置不能过于靠近沉降物,所以会有少量水残留.在烘干的过程中,处于固液交界面附近的PS微球会随着水分的不断蒸发而处于重新排列过程中.这时由于水分蒸发而导致微球之间的距离缩短,微球之间以静电排斥力和类似分子间作用力的相互作用力起主要作用,使表层微球能够自组装排列为有序结构.因此水分蒸发的速度对于高品质胶体晶体的形成是一个关键问题.温度高时,水分蒸发快,微球通过自组装排列为有序结构的速度赶不上水分蒸发的速度,会导致微球排列不规则,有序结构虽有但并不占优势,见图6(a);随着干燥温度的降低,水分蒸发速度降低,使得微球有足够的时间排列有序.因此在低一点的温度,就可以看到PS胶体晶体的有序排列,见图6(b)和(C),以温度最低的40℃为最好,图6(c)中最上层散落的几个Ps微球也是处于下面一层微球的空隙处,表现出了六方密堆积的特点.此外,把干燥温度控制在90℃时,PS胶体晶体便失去了原来的有序排列而成为白色的硬质塑料固体,表面渐变的彩色也失去了.聚苯乙烯的热变形温度一般是76~94℃,90℃已经达到其热变形的条件,因此发生了热塑性改变.图6(b)和(c)中小球的大小相较组装前尺寸几乎没有变化,而(a)中微球尺寸却有所减小,可能就是由于接近其热变形温度而产生的变化.当选择更低的温度条件(室温)干燥时,水分的挥发费132华东师范大学(自然科学版)2010正时较多,会导致实验周期的延长,因此,选用40.C作为离心法制备Ps胶体晶体时恒温干燥的温度,既能保证一定的质量,又可节省实验时问.图6不同温度干燥制得的样品电镜照片:(a)8O℃;(b)60℃;(c)40℃Fig.6SEMimageofPSsampledrying:(a)8O℃;(b)60℃;(c)40℃3结论(1)本文采用无皂乳液聚合法制备了尺寸可控单分散性好的聚苯乙烯胶体微球.PS 微球粒径范围为440~580nm,分散系数均小于3.(2)采用垂直沉降法成功组装了PS胶体晶体.实验证明垂直沉降法较适合组装薄层的胶体晶体,样品的光学性质表明,当PS乳液固含量为().2时组装的胶体晶体质量最好,随着PS胶体微球粒径改变其胶体晶体的光带隙位置也相应改变,但始终是符合布拉格方程的.(3)利用离心法成功组装了厚度较大的PS胶体晶体,离心机的转速和干燥的温度对胶体晶体的质量有很大影响,当转速为1000r/min,干燥温度为40℃时可以组装得到高质量的PS胶体晶体.[参考文献][1]MEKISA,CHENJC,KURIAND1,etat.Hightransmissionthroughsharpbendsinphoton iccrystalwaveguidesEJ3.PhysRevLett,1996,77:3787—3790.[2][3][4][5][6][7][8][9]IINSY,CHOWE,HIETA1A V,eta1.Experimentaldemonstrationofguidingandbendingofe lectromagneticwavesinaphotoniccrystalEJ~.Science,1998,282:274276.Y ABIONOVITCHE.Inhibitedspontaneousemissioninsolidstatephysicsandelectronics[J ].PhysRevLett,1987,58:2059—21)62.Y AMAMOTOY,SIUSHERRE.Opticalprocessesinmicrocavities.[J].PhysToday,1993,4 6:66—73.DONGW,B()NGARDH,TESCHEB,cta1.Inverseopalswithaskeletonstructure:photonic crystalswithtwocompletebandgapsEJ3.AdvMater,2002,14:1457—1460.M1GUEZH,TETREAUITN,Y ANGSM,eta1.AnewsyntheticapproachtOsiliconcolloida lphotoniccrystals 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单分散性聚苯乙烯微球的制备
单分散性聚苯乙烯微球的制备与表征摘要：利用无皂乳液聚合[1,2]，在苯乙烯的乳液聚合体系中引入适量的苯乙烯磺酸钠参与共聚合。
聚合过程中分两阶段料，第一阶段中苯乙烯磺酸钠与苯乙烯的比例是决定乳胶粒粒径及单分散性的关键因素。
当反应达到较高的转化率时，加入第二阶段单体混合物，此阶段中的苯乙烯磺酸钠与苯乙烯的比例决定了最终胶粒表面电荷密度。
利用上述两阶段无皂乳液聚合法制备了粒径在100～400nm，单分散性较好,表面电荷密度较高并且具有核壳结构的乳胶粒。
在此基础上，讨论了的第一阶段中苯乙烯和苯乙烯磺酸钠的比例对乳胶粒粒径的影响以及乳胶粒粒径对微球表面电荷密度的影响。
abstract: appropriate amount of sodium styrene sulfonate is introduced into the system of styrene emulsion polymerization in copolymerization by using emulsifier-free emulsion polymerization. the polymerization process is divided into two stages, in the first stage the ratio of sodium styrene sulfonate and styrene is the key factor which determines latex diameter and the monodispersity. when the reaction achieves high conversion rate, the second stage’s monomer mixture is added into the reactant. the ratio of the sodium styrene sulfonate and styrene in this stage determines theparticle’s final surface charge density. through the above two stages by emulsifier-free emulsion polymerization, latex particle of particle size of 100～400nm, good monodispersity, high surface charge density with the core-shell structure is successfully prepared. on this foundation, the influence of the ratio of styrene and sodium styrene sulfonate in the first stage on latex particle diameter and the influence of latex particle diameter on the microsphere’s surface charge density are discussed.关键词：无皂乳液聚合；单分散；高表面电荷密度；聚苯乙烯微球key words: emulsifier-free emulsion polymerization；monodispersity；high surface charge density；polystyrene spheres0 引言聚合物微球具有比表面积大，吸附性强，凝集作用大及表面反应能力强等特性，有着广泛的应用前景[3,4]。
ps微球的制备
聚苯乙烯(PS）微球的制备1330240050严邦鹏聚苯乙烯（PS）是一种热塑性树脂,由于其价格低廉且易加工成型,因此得以广泛应用.是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，具有高于100℃的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等，国内需求旺盛。
当然,这么一个烂大街的材料，也没什么好说的，无论是性能还是制备方法，或者应用前景,百度肯定比我全，我主要讲的是ＰＳ微球的制备，这是我在实验室接触的最主要材料，是用作纳米材料的模板，也是光子晶体的主要材料。
单分散聚苯乙烯（PS）微球因具有高度的单分散性、理想的球状外形、粒径大小可控及表面电性，从而有着非常广泛的应用.尤其是在光子晶体的概念提出以后，单分散PS微球更是成为组装胶体晶体的关键因素。
在光子晶体的制备方面，单分散聚合物微球有着极其独特的优势.目前在制备光子晶体方面应用最广泛的是PS微球及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球。
光子晶体是指由两种或两种以上具有不同折射率的材料在空间按一定的顺序排列所形成的周期性结构材料。
当光子晶体的周期性结构所形成的光子带隙与可见光的频率相匹配时，就可以实现对可见光的衍射.光子带隙的位置和宽度是由材料的折射率和晶格间距来决定的，所以通过调节光子晶体晶格参数即可有效实现对可见光衍射的调控。
其中胶体晶体是最常见的一种光子晶体。
经过几十年的发展，制备PS微球的方法众多，但比较起来，操作简便且成熟的方法主要有分散聚合法、乳液聚合法以及无皂乳液聚合法。
分散聚合法和乳液聚合法在制备过程中因需加入分散剂或乳化剂，不仅造成一定的环境污染而且也会在微球乳液中残留,难以除去，从而限制其应用。
而无皂乳液聚合法因其在制备单分散性良好的聚合物微球方面具有独特优势，而倍受人们的关注。
无皂乳液聚合是一种用于制备单分散聚合物微球的新型乳液聚合方法。
在该反应体系中含有微量乳化剂或不含乳化剂。
乳液的稳定性主要是靠引发剂分解产生的带电碎片离子以及低聚物的共同作用实现的.为了提高无皂乳液聚合的稳定性，有时也会在聚合过程中引入亲水性共聚单体等.无皂乳液聚合较传统聚合法具有如下优点：（i）制得的聚合物微球表面洁净，无需后续处理即可应用；(ii）不使用乳化剂，生产成本低，污染小；(iii)所得微球粒径分布窄、球形度好、且粒径范围可在纳米到微米间调控，扩大了其应用范围。
交联型单分散聚苯乙烯微球的制备
交联型单分散聚苯乙烯微球的制备
交联型单分散聚苯乙烯微球的制备方法如下：
1.准备所需材料：聚苯乙烯微粒、交联剂、溶剂。
2.将聚苯乙烯微粒溶解在溶剂中，制备聚苯乙烯溶液。
3.在聚苯乙烯溶液中逐渐加入适量的交联剂。
交联剂可以是化学交联剂，如二乙烯基苯；也可以是物理交联剂，如共混聚合物。
4.在加入交联剂的同时，适当搅拌或加热以促进交联反应的进行。
5.待交联反应完成后，将溶液转移至干燥器中，去除溶剂。
6.最后，将交联型单分散聚苯乙烯微球分散在适宜的介质中，干燥并储存。
需要注意的是，制备交联型单分散聚苯乙烯微球时，交联剂的选择和添加量对最终微球的性质和结构有重要影响。
同时，交联反应的条件也需要控制好，以确保微球的质量和稳定性。
单分散聚苯乙烯微球的制备
单分散聚苯乙烯微球的制备王三;谢小化;孟秀红;王海彦【摘要】以苯乙烯单体为原料,过硫酸钾为引发剂,采用了无皂乳液聚合法制备单分散性较好的聚苯乙烯微球.为了使制备方法更加完善,主要研究了离子强度,引发剂浓度,聚合单体的浓度,乳化剂添加量等各因素对得到的聚苯乙烯微球粒径、分散度的影响,同时对得到的聚苯乙烯微球用扫描电镜(SEM),激光粒度仪进行表征,结果表明合成的聚苯乙烯微球表面光滑,单分散性好,球形度好,平均粒径约100 nm.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2014(022)002【总页数】4页(P42-45)【关键词】苯乙烯;无皂乳液聚合;引发剂;离子强度;单分散性【作者】王三;谢小化;孟秀红;王海彦【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TQ325.2目前,许多工业生产过程会用到大孔结构的催化剂,比如在重油加氢领域[1]。
因为重油分子均为大分子,所以通常其内扩散会受一定影响。
而且重油加氢会产生副产物焦炭,焦炭会造成催化剂孔道的堵塞,因而影响催化剂内扩散速度[2]。
国内外研究人员通常使用模板剂来合成一些具有大孔的催化剂载体[3]。
中国石油大学的陈胜利等[4-7]使用聚苯乙烯微球做为模板合成了催化裂化催化剂,收效良好。
因此以PS 微球做为大孔模板剂极具研究价值。
单分散聚苯乙烯颗粒，更因其高度的单分散性、理想的球状外形及易控的粒径大小和表面电性而在胶体科学研究中有着非常广泛的应用[8-9]。
作者的聚苯乙烯微球(PS)是采用无皂乳液聚合法制备的[10]。
无皂乳液聚合法是在传统的乳液聚合的方法上改进的一种新的聚合技术,指的是在反应过程中完全不加乳化剂或仅加少量乳化剂的乳液聚合[11]。
学术论文：【毕业论文】聚苯乙烯(PS)胶体微球的制备与表征论文
【毕业论文】聚苯乙烯(PS)胶体微球的制备与表征论文河南理工大学2021届本科毕业论文XXIII20河南理工大学2021届本科毕业论文摘要纳米聚合物微球由于其特殊的结构，具有比外表积大、吸附性强、凝集作用大及外表反响能力强等特性。
它在许多领域有着重要的作用，例如可作为粒度标准物质和制备胶粒晶体的原料，也可作为模板制备微胶囊及多孔材料。
本文采用乳液聚合法制备出了粒度在20~50nm的聚苯乙烯(PS)胶体微球，同时考察了单体浓度，乳化剂用量，温度等工艺条件对PS微球的粒度及单分散性的影响。
研究发现，微球平均粒径随单体浓度升高而增大，随乳化剂用量的增加先增大后减小，随温度的升高而减小。
在苯乙烯的质量为4.025g，水的质量为56g，过硫酸钾的质量为0.0305g，苯乙烯磺酸钠的质量为0.403g，温度为80℃的实验条件下成功制备出平均粒径为42.23nm的单分散聚苯乙烯微球。
同时尝试超声乳液聚合法制备PS微球，考察了超声时间对PS 微球的粒度的影响，研究发现，微球平均粒径随超声时间延长而增大。
关键词：乳液聚合；纳米；单分散；聚苯乙烯微球_x000C_AbstractThe nano-polymer microsphere has large surface area, strong adsorption, aggregation, and surface reaction ability and so on due to its special structure. It plays an important role in many areas, for example ,it can be used as the size standard materials and materials of preparingcolloidal crystals, and the template to prepare micro-capsules and porous materials.The monodispersed polystyrene(PS) colloidal microspheres were prepared by emulsion polymerization and the microspheres’ average particle size are 20 ~ 50nm. At the same time ，some conditions such as the concentration of monomers, emulsifier content, temperature and other processing conditions on monodisperse and particle size of PS microspheres were investigated.that the average particle size increases as the monomer concentration increasess; the average particle size increases at first and then decreases as the emulsifier increases; the average particle size decreases as the temperature rises. The average particle size of 42.23nm monodisperse polystyrene microspheres was successfully prepared in the experimental conditions: the quality of styrene is 4.025g, the quality of water is 56g, the quality of The quality of potassium persulfate) is 0.0305g, the quality of Styrene sulfonate is 0.403g and the temperature is 80℃. At the same time we try to use ultrasonic dispersion method to prepare small particle size of PS microspheres, and investigate the impact of ultrasonic time on the PS microsphere particle size,we found that average particle size increases when we prolong the ultrasonic time .Key words: emulsion polymerization; nm; monodispersed; polystyrene microspheres_x000C_目录TOC \o "1-3" \h \u l _Toc23751 摘要 REF _Toc23751 Il _Toc14775 Abstract REF _Toc14775 IIl _Toc3264 第1章绪论 REF _Toc3264 1l _Toc5191 第2章国内外文献综述 REF _Toc5191 2l _Toc314 2.1 聚合物微球的制备方法 REF _Toc314 2l _Toc24441 2.1.1 分散聚合 REF _Toc24441 2l _Toc1639 2.1.2 乳液聚合 REF _Toc1639 6l _Toc31183 2.1.3 超声辐射乳液聚合 REF _Toc31183 8l _Toc8044 2.1.4 种子乳液聚合 REF _Toc8044 10l _Toc17859 2.1.5 核壳乳液聚合 REF _Toc17859 10l _Toc2340 2.1.6 无皂乳液聚合 REF _Toc2340 11l _Toc26626 2.1.7 微乳聚合 REF _Toc26626 12l _Toc11223 2.1.8 反相乳液聚合 REF _Toc11223 13l _Toc27832 2.2单分散聚合物微球的应用 REF _Toc27832 13l _Toc15330 2.2.1 单分散聚合物微球作为粒度标准物质 REF _Toc15330 13l _Toc13358 2.2.2 单分散聚合物微球作为制备胶粒晶体的原料 REF _Toc13358 14l _Toc2145 2.2.3 单分散聚合物微球作为模板制备微胶囊 REF _Toc2145 14l _Toc18744 2.2.4单分散聚合物微球作为模板制备多孔材料 REF _Toc18744 15l _Toc12370 2.3课题的研究意义与研究内容 REF _Toc12370 15l _Toc6225 2.3.1 研究意义 REF _Toc6225 15l _Toc31197 2.3.2 研究内容 REF _Toc31197 16l _Toc29780 第3章实验局部REF _Toc29780 17l _Toc9358 3.1 试剂及仪器 REF _Toc9358 17l _Toc32302 3.1.1 试剂 REF _Toc32302 17l _Toc5843 3.1.2 仪器 REF _Toc5843 17l _Toc28421 3.2 实验过程 REF _Toc28421 18l _Toc2045 3.2.1 单体的处理 REF _Toc2045 18l _Toc160 3.2.2 聚苯乙烯微球的制备 REF _Toc160 19l _Toc4996 3.2.3 微球平均粒径的表征 REF _Toc4996 20l _Toc19997 3.3实验结果与讨论 REF _Toc19997 20l _Toc18294 3.3.1 温度对粒径大小的影响及结果分析 REF _Toc18294 20l _Toc5935 3.3.2 乳化剂用量对粒径大小的影响及结果分析REF _Toc5935 21l _Toc3881 3.3.3 单体用量对粒径大小的影响及结果分析 REF _Toc3881 23l _Toc25213 3.3.4 超声时间对粒径大小的影响 REF _Toc25213 24l _Toc9384 3.4 小结 REF _Toc9384 24l _Toc8161 第4章结论与展望 REF _Toc8161 25l _Toc18044 4.1结论 REF _Toc18044 25l _Toc12681 4.2 展望 REF _Toc12681 25l _Toc7353 参考文献 REF _Toc7353 26l _Toc15186 致谢 REF _Toc15186 28第1章绪论聚合物微球即为高分子微球，指直径在纳米级至微米级，形状为球形或其他几何体的高分子材料或高分子复合材料，其形貌可以是多种多样的，包括实心、空心、多孔、哑铃形、洋葱形等。
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胶体晶体是一种能够展示多种光学和电学性质的材料。
其基本结构由胶体颗粒有序排列构成。
为了制备高质量的胶体晶体，需要使用单分散颗粒。
二氧化硅颗粒是最常用的胶体颗粒之一，具有良好的单分散性和稳定性。
因此，本文将介绍二氧化硅颗粒的制备方法以及其在胶体晶体中的应用。
1. 溶胶-凝胶法这种方法是最为常用的制备单分散二氧化硅颗粒的方法之一。
过程包括以下步骤：(1) 溶液的制备：在较弱的碱性条件下，将硅酸酯、乙醇和水混合并搅拌，得到一个均匀的溶液。
(2) 凝胶的形成：加入小量的水，形成凝胶。
水的加入速度要缓慢，以避免形成大颗粒。
(3) 水洗：将膠体用水进行洗涤，以去除残留物质，并同时去除粒径不均的颗粒。
(4) 干燥：使用真空干燥器将洗涤后的凝胶干燥。
这将导致颗粒与离子肌球纤维结合，从而高质量地制备单分散颗粒。
2. 微乳液法这种方法与溶胶-凝胶法相似，但使用的是微乳液。
实质上，这种方法使用了一种水-油-水的微乳液，在此液相中，硅酸酯很容易被加入。
发生凝胶化反应后，便可以获得单分散颗粒。
3. 真空旋转蒸发法这种方法是一种较为独特的制备单分散颗粒的方法，由于其复杂性和成本较高，因此用得比较少。
(1) 溶液的制备：将硅酸酯、有机溶剂以及表面活性剂混合均匀，形成一个具有胶体特性的溶液。
(2) 湿润剂的添加：将无水硅酸引入过滤管中，然后在将湿润剂添加到过滤器中。
(3) 真空旋转蒸发：将样品放入旋转淋浴器，通过增加负压来加速水分的蒸发，从而形成固体。
4. 喷雾干燥法将单分散二氧化硅颗粒应用于制备胶体晶体可以产生稳定且均匀的结构。
其特性取决于颗粒的大小、形状和对称性。
在胶体晶体中，颗粒排列趋向于发生最密堆积。
通过制备胶体晶体，可以产生具有光学和电学性质的新材料。
尺寸可控的单分散聚苯乙烯微球的制备
2 结果与讨论
2. 1 PS 微球的 SEM 表征 图 1 是采用 7 mL 苯乙烯单体 、01 2 g KPS 及
01 15 g SDS 在 140 mL 醇水溶液 ( V (乙醇) ∶V (水) = 2 ∶5) 中 70 ℃聚合反应 10 h 所得 PS 微球 的 SEM 照片 。由图 1 可知 , PS 微球形成了尺寸 分布非常均匀的球形结构 ,粒径大约在 240 nm , 呈单分散存在 。表面活性剂 SDS 在实验条件下 形成的胶束为球形 ,苯乙烯单体的聚合场所为胶 束内 ,故可形成球形颗粒 。
高分子微球是指直径在纳米级至微米级 ,形 状为球形或其它几何体的高分子材料或高分子复 合材料 。近年来 ,高分子微球以其分子结构的可 设计性 ,成为医药工程和生化工程领域的研究热 点之一 。二氧化硅常被作为无机复合材料合成的 模板[122] ,粒径均匀 、表面光滑的聚苯乙烯 ( PS) 微 球常被作为无机2有机复合材料的核结构 、各种不
微米级单分散聚苯乙烯微球的制备及其自组装
Candidate： Supervisor：
Xing Qilin Prof. Zhao Jiupeng
AcademicDegree Applied for ： Master Degree of Engineering Chemical Engineering & Speciality： Technology School of Chemical Affiliation： Engineering & Technology June, 2012 Date of Defence ： Degree-ConferringHarbin Institute of Technology Institution：
Classified Index: U.D.C:
Dissertation for the Master Degree in Engineering
PREPARATION OF MONODISPERSE MICRONSIZED PPLYSTYRENE MICROSPHERES AND ITS SELF-ASSEMBLY
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘
要
聚苯乙烯（PS）微球是一种典型的高分子材料，单分散的 PS 微球通过自组 装排布形成有序的周期性结构即为胶体晶体。粒径为微米级的 PS 组成的胶体晶 体对光的布拉格衍射发生在红外波段，扩宽了光子晶体在太阳能电池、热防护、 光子计算机等方面应用，因此，其发展前景十分广阔。本文主要采用了分散聚合 法制备单分散的、粒径为微米级的聚苯乙烯微球，并采用三种不同的方法对其进 行了自组装。 本文采用改进的无皂乳液法和分散聚合法这两种方法合成 PS 微球，改进无 皂乳液聚合法，在向水溶液体系引入了外加电解质后，得到的微球分散性较差； 相比之下，采用分散聚合法则可以得到单分散的 PS 微球，且粒径达微米级。对 于分散聚合法主要研究了单体加入方式、溶剂极性，单体、引发剂及分散剂的用 量等这些主要的影响因素对 PS 微球粒径大小及分布的影响，分别对其作了讨论 和分析，得出了各个因素对粒径影响的规律及最佳条件和范围：采用一次性加入 单体的方式，PS 微球的粒径，随着溶剂极性的增大而变小且分布变窄，乙醇/水 体积比控制在 90/10 至 75/25 之间最适；粒径随着单体（St）增多而增大且分布变 宽，St 加入量为 7.4vol%-13vol%为宜；随引发剂（ AIBN ）的增多， PS 粒径变 大，分布略变宽，AIBN 相对用量为 0.5%-3.5%最适；随分散剂（PVP）的增加粒 径减小，分布呈先变窄再略变宽的趋势，PVP 浓度在 0.9%-1.3%范围内制得的 PS 粒径大小及分布最为适当。此外，还对反应过程中 PS 粒径长大的情况进行了监 测。 针对制备出的微米级 PS 微球，采用了重力沉降法、微液滴自组装法和垂直 沉积法这三种方法对其进行自组装。对每种方法的影响因素分别做了对比和分 析，利用金相显微镜和扫描电镜对其模板形貌进行表征。其中，酸度和温度对重 力沉降法影响较为明显；溶剂、酸度、添加剂、外加超声是微液滴自组装法的主 要影响因素；生长温度、酸度、添加剂则是垂直沉积法的最主要影响因素。综合 比较后，得出了微液滴自组装法和垂直沉积法最适合微米级单分散 PS 微球的胶 体晶体自组装的结论。 关键词：聚苯乙烯微球；单分散；微米级；自组装；胶体晶体
表面富含羟基的单分散ps微球的制备与表征
表面富含羟基的单分散ps微球的制备与表征摘要：本文报道了一种简单而有效的方法，用于制备表面富含羟基的单分散聚苯乙烯（PS）微球。
该方法基于溶剂挥发法和掺杂法，通过控制反应条件和材料比例，制备出具有高度单分散性的PS微球，并在其表面引入羟基官能团。
经过红外光谱、扫描电子显微镜和荧光光谱等多种表征手段，证实了制备的PS微球表面成功引入羟基官能团，为其在生物医学、材料科学等领域的应用提供了新的思路和途径。
关键词：表面富含羟基，单分散，聚苯乙烯微球，制备，表征引言聚苯乙烯（PS）微球是一种重要的功能性材料，广泛应用于纳米材料、生物医学、材料科学等领域。
PS微球具有高度单分散性、良好的生物相容性和可调控的物理化学性质等优点，因此受到了广泛的关注和研究。
近年来，表面功能化的PS微球在生物医学、材料科学等领域的应用越来越受到关注，其中羟基官能团是一种重要的表面官能团，可以为PS微球赋予更多的生物相容性、可溶性和反应活性等特性。
目前，制备表面富含羟基的PS微球的方法主要包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要是通过物理吸附、静电吸附等方法将羟基官能团引入PS微球表面，但其引入量较低、稳定性不够。
化学法则是通过化学反应将羟基官能团引入PS微球表面，但反应条件复杂、操作难度大。
生物法则是通过生物分子的作用将羟基官能团引入PS 微球表面，但其制备过程较为复杂、难度较大。
因此，开发一种简单、有效的制备表面富含羟基的PS微球的方法具有重要意义。
本文报道了一种简单而有效的方法，用于制备表面富含羟基的单分散聚苯乙烯（PS）微球。
该方法基于溶剂挥发法和掺杂法，通过控制反应条件和材料比例，制备出具有高度单分散性的PS微球，并在其表面引入羟基官能团。
经过红外光谱、扫描电子显微镜和荧光光谱等多种表征手段，证实了制备的PS微球表面成功引入羟基官能团，为其在生物医学、材料科学等领域的应用提供了新的思路和途径。
实验部分材料苯乙烯（St，优级纯，阜阳化工厂），甲基丙烯酸甲酯（MMA，优级纯，阜阳化工厂），甲醇（MeOH，优级纯，阜阳化工厂），二氯甲烷（DCM，优级纯，阜阳化工厂），聚乙二醇（PEG，分子量为2000，优级纯，阜阳化工厂），氯化铁（FeCl3，优级纯，阜阳化工厂），三氯化铁（FeCl3，优级纯，阜阳化工厂），聚丙烯酸（PAA，分子量为4000，优级纯，阜阳化工厂），聚乙烯醇（PVA，分子量为7000，优级纯，阜阳化工厂），红外光谱仪（Nicolet iS50 FTIR），扫描电子显微镜（SEM，Hitachi S-4800），荧光光谱仪（Shimadzu RF-5301PC）。
单分散_大粒径聚苯乙烯微球的制备
31995206207收稿,1996204218修稿单分散、大粒径聚苯乙烯微球的制备3曹同玉 戴 兵 戴俊燕 王艳君 袁才登(天津大学应用化学系 天津 300072)摘 要 以聚乙烯基吡咯烷酮为分散剂、偶氮二异丁腈为引发剂、醇/水混合物为分散介质进行了苯乙烯的分散聚合,讨论了初始单体浓度、分散剂用量、引发剂浓度、分散介质组成和反应温度等反应条件对所得聚合物颗粒直径和直径分布的影响.通过大量的试验,筛选出了较为理想的分散聚合的条件及配方,制备出了粒径为418μm 的单分散聚苯乙烯微球.然后,以分散聚合所制得的聚合物颗粒为种子,用动力学溶胀法制成了粒径增大近四倍的单分散、大粒径聚苯乙烯微球,并讨论了滴水速度和补加分散剂对溶胀的影响.关键词 单分散,大粒径,聚合物微球,分散聚合,动力学溶胀法单分散、大粒径、具有不同颗粒形态和表面特征的聚合物微球因其具有比表面大、吸附性强、凝集作用大及有表面反应能力等特异性质,故在标准计量、医学免疫、生物工程、分析化学、情报信息、化学工业及微电子等领域里有着极其广阔的应用前景[1～3].Vander 2hoff 等人[4,5]曾在宇宙飞船上的失重条件下用种子乳液聚合法制成了粒径为2～30μm 的单分散聚苯乙烯(PSt )微球.但毕竟因其成本太高,而且这样的条件在地面上不易获得,故该项技术难以普及推广.如何在地球表面上的通常条件下制备出单分散、大粒径的聚合物微球是为研究者提出的重要课题.近年来人们用分散聚合法[6～10]及种子溶胀法[11～13]合成出了不同种类、不同级别的单分散、大粒径聚合物微球,并且已应用到了许多技术领域,但对其合成技术的规律性研究尚处于刚刚起步阶段,其理论远未成熟,有待于进一步深化和提高.本工作中首先研究了各种反应条件对分散聚合所得聚合物颗粒直径及直径分布的影响,然后以分散聚合制得的单分散聚合物颗粒为种子,用动力学溶胀法(DSM )制得了单分散、大粒径PSt 微球.1 实验部分111 试剂试验中所用的单体苯乙烯(St )为工业纯的,用前经减压蒸馏;引发剂偶氮二异丁腈(A IBN )为化学纯的,用前用无水乙醇进行重结晶;分散剂聚乙烯基吡咯烷酮(PV P )和聚乙烯醇(PVA )为试剂级的;所用的无水乙醇为分析纯的,不加处理,直接使用;反应中所用的水为去离子水.112 分散聚合试验表1为分散聚合基本配方,在分散聚合的条件试验和动力学试验中,除特别指明外,第2期1997年4月高 分 子 学 报ACTA POL YM ERICA SIN ICANo.2Apr.,1997158其它组分均按表中所列用量.将PV P 溶于由乙醇和水组成的混合溶剂中,将其投入装有温度计、搅拌器和冷凝器的250ml 四口瓶内,通氮气保护,于70℃下预分散30min ,然后加入单体St 和引发剂A IBN ,在70℃下反应12h.反应过程中,每隔一定时间,取样,在光学显微镜下观察并记录现象.反应完成后,收集分散液并测定有关数据.T able 1 Recipe for dispersion polymerizationComposition St PVP AIBN Ethanol Water Weight (g )30102100136014716113 动力学溶胀试验对分散聚合所制备的PSt 种子用St 进行溶胀,以制备更大粒径的单分散聚合物微球.本工作中采用缓慢而均匀滴加水的动力学溶胀法,其配方如表2所示.按表2配方称取醇,水、St 、A IBN 和PVA ,并配成溶液,加入PSt 种子分散液,一起倒入四口瓶中,开动搅拌.然后通过一套医用输液装置以一定速度向体系内均匀滴加水.在滴加过程中,定时取样,在光学显微镜下观察并记录现象.T able 2 Recipe for dynamic swelling methodComposition Ethanol Water St PVA AIBN PSt seed particlesWeight (g )241017610311601120101601016 3160g of water was post 2added in the case of DSM114 分析测试聚合物微球直径用日产J EM 21000X 型透射电子显微镜和XSS 22型光学显微镜测定.用显微镜照像法拍摄微球样品的照片,随机抽取100个微球,测其直径并进行统计处理.微球的直径通过电镜进行测量和标定.微球的平均直径、标准偏差δ和分散系数ε按下列公式计算:d =6ni =1d i /n(1)δ=6ni =1(d i -d )2/(n -1)58015(2)ε=δ/d(3)式中d i ———单个微球直径;d ———微球平均直径;n ———样本容量;δ———标准偏差;ε———分散系数.2 结果与讨论211 分散聚合的影响因素不同的聚合反应条件对分散聚合,尤其是对最终聚合物颗粒的直径及直径分布有着很大的影响.在本工作中,主要研究了初始单体浓度(St )、分散剂用量(PV P )、引发剂浓度(I )、分散介质的组成(E )以及反应温度(T )等参数对分散聚合的影响,找到了分散聚合的一般规律,确定了分散聚合能够正常进行的条件范围,并筛选出了用来制备单分散种子颗粒的分散聚合最佳工艺和最适宜的反应条件.21111 初始单体浓度的影响 初始单体浓度是分散聚合一个重要参数.为了研究它的影9512期曹同玉等:单分散、大粒径聚苯乙烯微球的制备Fig.1 E ffect of initial monomer concentration on size andsize distribution T =70℃,[PVP ]=210%(wt ),[I]=1g/100g monomer ,[E]=8819g/100g media响,在不同单体浓度下进行了分散聚合,并分别测定了其颗粒直径和直径分布,结果示于图1中.由图可以看出,随着初始单体浓度的增大,粒子平均直径增大,直径分布变宽.初始单体浓度对颗粒直径的影响关键在于分散介质对聚合物初始溶解度的改变.随着初始单体浓度的增大,分散介质对聚合物链的溶解性增大,聚合物的临界链长增大,致使在成核阶段形成的初级粒子和次级粒子的数目减少,因而导致最终聚合物颗粒粒径增大.随着初始单体浓度的增大,颗粒的直径分布变宽.原因是单体浓度增大时,溶液中聚合反应速率加快,齐聚物自由基和死聚合物链生成速率也加快,颗粒的相对捕捉效率下降,体系中的次级粒子不能有效地捕捉连续相中的齐聚物自由基和死聚合物链,这些未能被及时捕捉的齐聚物自由基和死聚合物链从连续相中沉析出来就有可能有足够的时间结合足够的分散剂而稳定存在,形成新的能够继续长大的次级粒子,这就是所谓的“二次成核”或“多次成核”.“二次成核”的存在必然引起粒子生长得不均匀,造成最终粒径分布变宽.从某种意义上讲,“二次成核”的出现相当于延长了分散聚合的成核期,这也将导致最终颗粒单分散性变差,粒径分布变宽.Fig.2 E ffect of PVP concentration on size and size distributionT =70℃,[St ]=30%(wt ),[I ]=1g/100g monomer ,[E]=8819g/100g media21112 分散剂用量的影响 分散剂PV P 用量对聚合物颗粒直径及直径分布的影响见图2。
单分散高分子微球的制备及其自组装光子晶体结构色剖析
题目：单分散高分子微球的制备及其自组装光子晶体结构色目录第一章引言1.1、光子晶体结构 (4)1.2、光子晶体结构色的光学原理 (4)1.3、光之晶体结构色的制备原理 (6)1.5、高分子微球自组装 (6)1.4、无皂乳液法制备单分散高分子微球模板制备原理 (8)第二章单分散高分子微球的制备 (9)第三章实验装置图 (9)第四章样品表征结果与数据分析 (9)第五章表征方法 (12)第六章结果与数据分析 (13)第七章实验总结 (17)第八章参考文献 (17)【摘要】本实验是通过模仿蛋白石结构，并且采用高分子微球自组装法形成的三维光子晶体，使具有与天然蛋白石相同的立方密堆积结构。
研究仿蛋白石结构高分子微球光子晶体的结构与性能。
【关键词】无皂乳液聚合、单分散、高分子微球、光子晶体第一章引言1.1 光子晶体结构光子晶体是指具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构，即频率落在光子带隙内的电磁波是禁止传播的，这种结构有时也称为PBG光子晶体结构，这种新型人工材料即为光子晶体材料。
从量子理论角度来说，光是具有量子性质的，每一频率的光对应一定的光子能量。
物质的原子处于一系列不连续的能量状态中（即能级），在通常情况下，它们处于最低能级，即基态。
当各种频率的光照射到物体上时，原子中的电子就从基态跃迁到激发态。
如果某种频率的光子的能量恰好等于原子的两个能级的能量差时，这一光子将被吸收、使原子从低能级跃迁到高级能，原子处于激发态，当电子重新回到低能级即基态时，就向外辐射光子，辐射出来的光子决定了我们看到的物体的颜色。
多数物体不能将投射到其上的光全部反射出来，我们看到的只是其中部分反射回来的光。
所有物质均应符合上述理论，但一类物质表面上看不符合上述量子理论，如蛋白石，其化学组成主要为非晶二氧化硅，该物质在可见光内几乎没有吸收，光应透过，而其表现出了各种颜色。
其实，蛋白石结构是符合量子理论的，但是蛋白石具有一种由二氧化硅微球呈六方最紧密堆积的有序结构，该有序周期性结构对可见光的衍射造成了贵蛋白石的具有颜色现象，称这种结构为光子晶体结构。