【摘 要】
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光子晶体隐形图案是一种特殊的响应性光子晶体材料,通常状态下显示均一的颜色,当受到外界刺激时显示出图案,从而实现信息的存储与转化,因此被广泛应用于防伪材料、图案动态显示、彩色标记等方面。光子晶体隐形图案一般可以通过对光子晶体模板的区域选择性修饰而得到。但传统光子晶体隐形图案在显示图案过程中由于修饰区域与未修饰区域的色彩接近、对比度有限,导致其用于视觉传感的显示度和灵敏度不高。针对这一问题,在本论文中
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光子晶体隐形图案是一种特殊的响应性光子晶体材料,通常状态下显示均一的颜色,当受到外界刺激时显示出图案,从而实现信息的存储与转化,因此被广泛应用于防伪材料、图案动态显示、彩色标记等方面。光子晶体隐形图案一般可以通过对光子晶体模板的区域选择性修饰而得到。但传统光子晶体隐形图案在显示图案过程中由于修饰区域与未修饰区域的色彩接近、对比度有限,导致其用于视觉传感的显示度和灵敏度不高。针对这一问题,在本论文中我们提出了一种高显示度、高灵敏度光子晶体隐形图案的设计思路:以光子晶体水凝胶为基板,将两种对同一外界刺激具有相反响应性的单体区域选择性修饰在模板上,得到光子晶体隐形图案。在受到外界刺激时,光子晶体材料图案区域和背景区域的反射峰位置向相反方向移动,提高了光子晶体隐形图案在图案显示和传感等应用中图案的色彩对比度（即显示度）。我们选用超顺磁性的碳包覆四氧化三铁（Fe3O4@C）胶体粒子作为组装基元,选用聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）作为基质材料,通过紫外光聚合的方式将Fe3O4@C胶体晶体固定在PHEMA聚合物网络中得到光子晶体水凝胶,并将其作为基板通过区域选择性光聚合两种对pH和溶剂具有相反响应性的单体,得到高显示度光子晶体隐形图案:（1）高显示度、高灵敏度的pH响应性光子晶体隐形图案:在图案化掩膜存在条件下,将丙烯酸（AA）和甲基丙烯酸二甲氨乙酯（DMAEMA）两种具有不同解离常数的单体选择性聚合在PHEMA光子晶体水凝胶模板上得到PHEMA-PAA/PHEMA-PDMAEMA pH响应性光子晶体隐形图案。研究其在pH传感过程中的响应性能,包括显色范围、重复性及图案的色彩对比度。结果表明在一定pH条件下,两个区域反射峰的位置重合实现图案的隐藏;当pH改变时,光子晶体隐形图案的图案区域和背景区域最大反射峰波长将不同程度的向相反方向移动增加了图案的色彩对比度。相比于通过一种单体聚合得到的pH响应性单体光子晶体水凝胶,该设计显著地提高了光子晶体隐形图案用于pH传感的显色范围和图案的显示度。（2）高显示度、高灵敏度的溶剂响应性光子晶体隐形图案:在图案化掩膜存在条件下,将聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯（PEGMA）和丙烯酰胺（AM）两种具有不同溶解度参数的单体选择性聚合在PHEMA光子晶体水凝胶模板上得到PHEMA-PEGMA/PHEMA-PAM溶剂响应性光子晶体隐形图案。研究其在三种具有不同溶解度参数溶剂中的显色效果及光学重复性。结果表明将PHEMA-PEGMA/PHEMA-PAM溶剂响应性光子晶体隐形图案从去离子水中转移到丙酮或者乙二醇的过程中,光子晶体隐形图案的不同区域最大反射峰波长向相反方向移动,并可以在乙二醇中可实现对图案的隐藏。另外,多次响应实验证明该材料用于溶剂传感时具有较好的光学重复性和较高的色彩对比度。
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