磁-溫響應(yīng)性Fe3O4@PNIPAM柔性光子納米鏈的構(gòu)筑與性能研究.pdf

1、基于長程排斥力和磁相互吸引力間的平衡構(gòu)筑的一維磁響應(yīng)性光子晶體具有外場施加方便、響應(yīng)速度快、光子帶隙連續(xù)可調(diào)、全可見光譜可逆變色等特性，有望應(yīng)用在磁控顯示、可擦寫光子紙/墨水等領(lǐng)域。但其一維鏈狀光子結(jié)構(gòu)不能被固定，隨著磁場的撤去而消失。光子納米鏈是能夠獨立穩(wěn)定存在的最小光子晶體結(jié)構(gòu)單元，表現(xiàn)出更高的磁敏感性和對光的調(diào)制分辨率，在節(jié)能顯示和布拉格反射器等方面有著潛在的應(yīng)用前景。然而，已有的光子納米鏈為非響應(yīng)性成分包覆連接一維鏈狀光子結(jié)構(gòu)而

2、形成的剛性光子納米鏈結(jié)構(gòu)，在磁場中只表現(xiàn)出開-關(guān)效應(yīng)，而不具有外場對光子帶隙的調(diào)控作用。本論文創(chuàng)新性地在鏈狀光子結(jié)構(gòu)中引入溫度響應(yīng)性水凝膠PNIPAM，制備磁/溫響應(yīng)性Fe3O4@PNIPAM柔性光子納米鏈，研究柔性光子鏈在磁場下的取向機理以及在磁、溫外場下的光學(xué)響應(yīng)性。論文的主要工作如下：
　　(1)采用磁控組裝與紫外光聚合相結(jié)合的方法制備了Fe3O4@PNIPAM光子納米鏈，闡明了其制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控原理。觀察微觀形貌發(fā)現(xiàn)光子鏈通

3、過PNIPAM對Fe3O4@PVP CNCs形成“脖頸”連接，無外加磁場作用下鏈呈自然彎曲狀態(tài)，為柔性鏈。成鏈機理分析表明：PAA與聚合單體NIPAM、磁性組裝基元CNCs表面PVP間的氫鍵作用是實現(xiàn)NIPAM在CNCs表面富集、經(jīng)紫外光引發(fā)聚合對CNCs形成的周期性結(jié)構(gòu)進行包覆連接形成光子鏈的關(guān)鍵。外加磁場強度、磁場誘導(dǎo)取向時間和前驅(qū)液中水醇比的改變能夠?qū)庾渔湹牧Ｗ娱g距、鏈長和光子鏈的包覆形貌進行調(diào)控。
　　(2)Fe3O4@

4、PNIPAM柔性光子納米鏈的磁取向過程以及磁響應(yīng)性能研究發(fā)現(xiàn)：柔性光子納米鏈在外加磁場下的取向過程包括低磁場作用下鏈沿磁場方向的偏轉(zhuǎn)取向和高磁場作用下鏈沿磁場的伸展取向。取向過程中，衍射峰的峰位保持基本不變，峰強隨外加磁場強度的增加而增強，衍射光的亮度逐漸提高，實驗結(jié)果與物理模擬結(jié)果基本一致。PNIPAM交聯(lián)度、粒子間距以及鏈長對光子納米鏈磁響應(yīng)性能的影響研究發(fā)現(xiàn)隨著光子鏈長度和柔性的增加，在較高磁場范圍內(nèi)光子鏈的衍射峰強對磁場的依賴性