本發(fā)明屬于光子晶體材料領域，更具體地，涉及一種光子晶體水凝膠薄膜及其制備與應用，該光子晶體水凝膠薄膜裸眼可見、且具有特異性甲醛響應。

背景技術：

光子晶體是具有不同介電常數(shù)的介質(zhì)周期性排列而成的微結(jié)構。光子晶體的主要特點是光子禁帶，可以選擇地使某個波段的光通過而阻止其它波長的光通過其中；因此具有特定的反射波長，當反射波長處于可見光波段時即呈現(xiàn)裸眼可見的結(jié)構色。由于光子晶體的獨特光學性質(zhì)，其在顯示、編碼、傳感、防偽及光纖等領域均具有潛在應用。

甲醛已被廣泛應用于紡織、化工、室內(nèi)裝潢等領域，但它是一種典型的室內(nèi)污染物，而且被世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(iarc)分為一級致癌物，研究已充分證明甲醛會引發(fā)鼻咽癌、鼻竇癌、肺癌及血癌等。目前，甲醛的檢測方法主要有紅外光譜法、熒光光譜法、分光光度法、電化學法等。然而，上述方法需要使用昂貴的儀器或操作比較繁瑣，限制了這些方法的廣泛應用。國際光學工程學會(proc.spie.2014,9141,1-7)報道了一種通過電子束平板印刷的方法制備出甲醛響應性的光子晶體薄膜的方法。該方法是通過氣體導致光子晶體薄膜的折射系數(shù)變化來進行檢測甲醛。然而不同氣體的折射系數(shù)相差不大，因此該傳感材料沒有很好的特異性。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提供一種光子晶體水凝膠薄膜及其制備與應用，其中通過對光子晶體水凝膠薄膜中關鍵的摻雜粒子的種類、尺寸、添加量及其分布方式，以及相應制備方法中關鍵的流程工藝的整體設計、各個步驟的反應參數(shù)條件(包括反應物的種類與配比、反應溫度與時間等)進行改進，與現(xiàn)有技術相比能夠有效解決甲醛檢測昂貴且操作繁瑣的問題，為溶液中甲醛的檢測提供了新途徑，該光子晶體水凝膠薄膜造價低廉，應用于甲醛的裸眼檢測時具有操作簡單，并且該光子晶體水凝膠薄膜對甲醛具有良好的特異性，檢測準確性高。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種光子晶體水凝膠薄膜，其特征在于，包括聚丙烯酰胺凝膠、以及分布在該聚丙烯酰胺凝膠內(nèi)的fe3o4@c納米粒子，其中所述fe3o4@c納米粒子為fe3o4表面包覆有c材料的納米粒子，所述fe3o4@c納米粒子在所述聚丙烯酰胺凝膠中沿某一方向呈鏈狀排列，該fe3o4@c納米粒子在該光子晶體水凝膠薄膜中的濃度為1～50mg/ml。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述fe3o4@c納米粒子的粒徑為100～180nm。

按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種光子晶體水凝膠薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)光子晶體凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和光引發(fā)劑均勻分散于有機溶劑中，得到光子晶體凝膠前驅(qū)體懸浮液；其中，每毫升所述光子晶體凝膠前驅(qū)體懸浮液中含有所述fe3o4@c納米粒子1～50mg，所述丙烯酰胺100～1000mg，所述甲叉雙丙烯酰胺1～200mg，以及所述光引發(fā)劑1～20mg；

(2)光子晶體凝膠復合薄膜的制備：將所述步驟(1)中得到的所述光子晶體凝膠前驅(qū)體懸浮液鋪成150～450μm厚的均勻薄膜；然后，將該薄膜置于100～1000高斯(gs)的磁場中靜置處理；接著，用紫外光照射該薄膜使其中的前驅(qū)體固化生成聚丙烯酰胺，從而得到結(jié)構固定的光子晶體凝膠復合薄膜；

(3)將所述步驟(2)中得到的所述光子晶體凝膠復合薄膜浸泡在水溶液中，除去所述有機溶劑，使其充分溶脹后即可得到光子晶體水凝膠薄膜。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述步驟(2)中，所述有機溶劑為乙二醇。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述步驟(2)中，是將所述光子晶體凝膠前驅(qū)體懸浮液鋪成300μm厚的均勻薄膜。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述步驟(2)中，將所述薄膜在所述磁場中靜置處理后，該薄膜將顯色；優(yōu)選的，所述薄膜呈藍色或綠色。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，光子晶體水凝膠薄膜的制備方法，還包括所述步驟(1)中所述fe3o4@c納米粒子的制備步驟：

將二茂鐵溶解在丙酮中形成溶液，使該溶液中二茂鐵的濃度為5～15mg/ml；接著，向該溶液中加入雙氧水得到溶劑熱反應前驅(qū)液，使該前驅(qū)液中雙氧水的濃度為0.01～0.1mg/ml；然后，將該前驅(qū)液在150～220℃下進行溶劑熱反應48～72h；反應結(jié)束后，磁分離得到反應產(chǎn)物，然后清洗并干燥即得到所述的fe3o4@c納米粒子。

按照本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供了上述光子晶體水凝膠薄膜的應用，其特征在于，應用于裸眼檢測。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述裸眼檢測為針對溶液中醛類物質(zhì)的裸眼檢測；

優(yōu)選的，所述醛類物質(zhì)包括甲醛、乙醛、以及丙醛中的至少一種；

優(yōu)選的，所述光子晶體水凝膠薄膜對甲醛濃度范圍為0.003～0.3mol/l的含有甲醛的溶液具有響應。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述裸眼檢測是在堿性環(huán)境下進行的；優(yōu)選的，所述堿性環(huán)境具體為濃度1～20mg/ml的na2co3水溶液。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明提供的水凝膠光子晶體薄膜在堿性溶液中能與甲醛反應，只需觀察薄膜的結(jié)構色，就能檢測出溶液中甲醛的含量，適宜于裸眼檢測，因此該薄膜具有溶液中甲醛的響應性。

(2)本發(fā)明提供的水凝膠光子晶體薄膜具有簡單、經(jīng)濟、特異性檢測、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

(3)本發(fā)明提供的水凝膠光子晶體薄膜，其制備時間短，整個過程僅需25分鐘左右，質(zhì)量穩(wěn)定，適于大規(guī)模制備。

本發(fā)明通過將fe3o4@c納米粒子和凝膠單體結(jié)合，形成摻雜fe3o4@c納米粒子呈一維有序結(jié)構的光子晶體薄膜，利用fe3o4@c納米粒子與基體聚丙烯酰胺凝膠的整體配合，使得該光子晶體水凝膠薄膜對醛類物質(zhì)具有良好的響應，尤其對甲醛具有特異性響應。fe3o4@c納米粒子在基體聚丙烯酰胺凝膠中沿某一方向呈鏈狀排列(例如，制備過程中施加的磁場方向可以垂直于薄膜表面，生成的納米粒子鏈其鏈的方向也將與薄膜表面相垂直)，納米粒子鏈的排列方向可根據(jù)需要靈活調(diào)整，可通過控制制備過程中施加磁場的方向靈活控制。

本發(fā)明還通過調(diào)控光子晶體水凝膠薄膜中納米粒子粒徑、單體含量以及交聯(lián)度(如制備過程中甲叉雙丙烯酰胺的添加比例等)，進一步強化了該光子晶體水凝膠薄膜對溶液中醛類物質(zhì)濃度的響應特性，尤其是強化了對甲醛的特異性響應。本發(fā)明尤其通過對光子晶體水凝膠薄膜中酰胺基團的含量進行優(yōu)化，增加薄膜中與甲醛反應的位點，擴展了甲醛溶液響應濃度范圍。本發(fā)明尤其通過調(diào)控fe3o4@c納米粒子的含量與尺寸，將fe3o4@c納米粒子在光子晶體水凝膠薄膜整體中的濃度為1～50mg/ml，并將fe3o4@c納米粒子整體粒徑控制為100～180nm，隨著納米粒子的粒間距變化，裸眼觀察到的顏色變化范圍也將發(fā)生改變。當本發(fā)明中的光子晶體水凝膠薄膜與甲醛接觸時，丙烯酰胺中的酰胺基團將與甲醛發(fā)生化學反應，從而使得凝膠的極性改變，凝膠發(fā)生溶脹，從而使得肉眼觀察到的顏色發(fā)生改變。

本發(fā)明利用100～1000高斯的磁場對fe3o4@c納米粒子進行處理，磁響應性快速、高效，fe3o4@c納米粒子組裝速度快，fe3o4@c納米粒子從無序態(tài)堆積變成有序的一維鏈狀耗時短。制得的光子晶體水凝膠薄膜這種聚丙烯酰胺基水凝膠可以在碳酸鈉水溶液中與甲醛進行反應，使凝膠的極性增加，由此凝膠的體積發(fā)生膨脹，水凝膠的結(jié)構色隨之發(fā)生紅移。因此，該凝膠薄膜可用于溶液中甲醛濃度的檢測(尤其可在堿性條件下檢測溶液中甲醛的濃度)。制備的薄膜對甲醛溶液具有響應性，制備所需時間短，能用于甲醛的裸眼檢測。

本發(fā)明中光子晶體水凝膠薄膜的制備方法，是在磁場作用下通過原位光聚合的方法將一維fe3o4@c納米粒子固定在凝膠中，通過控制制備方法整體流程工藝、以及各個步驟的反應參數(shù)條件(包括反應物的種類與配比、反應溫度與時間等)，可對光子晶體水凝膠薄膜產(chǎn)物中fe3o4@c納米粒子的添加量、及其周期性排布進行有效控制，從而最終獲得裸眼可見、且具有特異性甲醛響應的光子晶體水凝膠薄膜。

附圖說明

圖1是實施例1中制備凝膠光子晶體膜的示意圖。

圖2a是實施例1中水凝膠光子晶體薄膜分別放在含有葡萄糖、乙酸鈉、尿素、聚乙烯醇、賴氨酸和吡啶的碳酸鈉(6mg/ml)水溶液中2小時后的反射光譜圖；圖2b是實施例1中水凝膠光子晶體薄膜放在純碳酸鈉(6mg/ml)水溶液中2小時后的反射光譜圖。

圖3是實施例1中的光子晶體水凝膠薄膜分別在甲醛濃度為0.3mol/l(對應圖3a)、0.03mol/l(對應圖3b)和0.003mol/l(對應圖3c)的碳酸鈉(6mg/ml)的水溶液中浸泡2小時前后的反射光譜圖。

圖4是實施例1中水凝膠光子晶體薄膜分別在含有乙醛濃度為0.3mol/l(對應圖4a)或含有丙醛濃度為0.3mol/l(對應圖4b)的碳酸鈉水溶液(6mg/ml)中浸泡2小時前后的反射光譜圖。

圖5是實施例2中光子晶體水凝膠薄膜分別在甲醛濃度為0.3mol/l(對應圖5a)、0.1mol/l(對應圖5b)、0.03mol/l(對應圖5c)和0.01mol/l(對應圖5d)的碳酸鈉(6mg/ml)的水溶液中浸泡2小時前后的反射光譜圖。

圖6是實施例3中光子晶體水凝膠薄膜分別在甲醛濃度為0.3mol/l(對應圖6a)、0.1mol/l(對應圖6b)、0.03mol/l(對應圖6c)和0.01mol/l(對應圖6d)的碳酸鈉(6mg/ml)的水溶液中浸泡2小時前后的反射光譜圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供的水凝膠光子晶體薄膜，是由fe3o4@c納米粒子和聚丙酰胺水凝膠組成，所述的fe3o4@c納米粒子均勻分散在聚丙烯酰胺凝膠中，呈一維鏈狀排列(即沿某一方向的鏈狀排列，各個鏈之間可相互獨立，如圖1所示)，納米粒子在單體懸浮液中的濃度為1～50mg/ml。所述水凝膠光子晶體膜的甲醛溶液響應范圍為0.003～0.3mol/l。

本發(fā)明提供的水凝膠光子晶體薄膜的顏色鮮艷，其具有單一的結(jié)構色，在甲醛溶液刺激下的顏色變化發(fā)生紅移從藍色(或綠色)變?yōu)榫G色(或紅色)，適宜于裸眼檢測。所述的光子晶體薄膜，可通過聚丙烯酰胺在堿性溶液中特異性地與甲醛反應實現(xiàn)甲醛檢測，最低檢測濃度可達0.003mol/l。

本發(fā)明提供的光子晶體水凝膠薄膜，其制備方法，包括以下步驟：

(1)光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻分散于有機溶劑中，得到光子晶體水凝膠前驅(qū)體的懸浮液；每毫升光子晶體水凝膠前驅(qū)體中含有fe3o4@c納米粒子1～50mg，丙烯酰胺100～1000mg，甲叉雙丙烯酰胺1～200mg和光引發(fā)劑1～20mg；所述有機溶劑為乙二醇，其作用是防止fe3o4@c納米粒子在磁場下發(fā)生分離。

所述fe3o4@c納米粒子按如下方法制備：將二茂鐵溶解在丙酮中，得到溶液，溶液濃度在5～15mg/ml之間；可常溫下加入雙氧水得到前驅(qū)液，使該前驅(qū)液中雙氧水濃度在0.01～0.1mg/ml之間，在150～220℃下進行溶劑熱反應48～72h；反應完全后，磁分離清洗樣品，真空干燥后得到所述的fe3o4@c納米粒子。

fe3o4@c納米粒子整體粒徑為100～180nm，核心fe3o4與殼層c材料層各自的粒徑及厚度大小可靈活調(diào)整。

(2)固化光子晶體薄膜的制備：將步驟(1)中的光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液鋪成150～450μm厚的均勻薄膜；將其置于100～1000gs的磁場中，該薄膜隨即顯色，顯色速度快；紫外光固化得到結(jié)構固定的具有結(jié)構色的光子晶體水凝膠薄膜，其中，固化的光子晶體水凝膠薄膜的主要成分為聚丙烯酰胺；

在進行紫外光固化的同時，需同時施加磁場，從而使得光子晶體水凝膠薄膜中的fe3o4@c納米粒子在磁場的作用下呈鏈狀規(guī)整排列；

(3)將步驟(2)中得到的固化光子晶體水凝膠薄膜浸泡在水溶液中，除掉有機溶劑，使其充分溶脹，即可得到所需的光子晶體水凝膠薄膜。

其中，薄膜厚度優(yōu)選為300μm。

本發(fā)明提供的光子晶體薄膜的響應過程如下：

水凝膠光子晶體膜中的聚丙烯酰胺可以與甲醛溶液在堿性條件下反應，酰胺鍵與甲醛進行反應，使得凝膠極性增加。

其中，甲醛溶液響應的堿性條件優(yōu)選為1～20mg/ml的na2co3水溶液，更優(yōu)選為6mg/ml。

其中，水凝膠光子晶體膜與甲醛反應的時間為2h。

按照該方法能快速地制備所述光子晶體薄膜，整個流程僅需25分鐘左右，適用于工業(yè)大規(guī)模制備。

本發(fā)明提供的光子晶體薄膜可應用于裸眼檢測，尤其是甲醛溶液裸眼檢測，薄膜呈藍色，隨著甲醛溶液的加入，反射光譜發(fā)生紅移，呈現(xiàn)出裸眼可見的顏色變化。光子晶體水凝膠薄膜具有良好的光學性質(zhì)，也從側(cè)面驗證了該光子晶體水凝膠薄膜中的fe3o4@c納米粒子具有良好的周期性排布。

以下為具體實施例：

實施例1

本實施例中的光子晶體薄膜，按照如下方法制備：

(1)所述fe3o4@c納米粒子按如下方法制備：將0.45g二茂鐵溶解在40ml丙酮中，得到均勻溶解的溶液，常溫下加入雙氧水，雙氧水體積為1.3ml(使得前驅(qū)液中雙氧水的濃度為1.15mol/l)，在180℃下反應72h，反應完全后，磁分離然后用丙酮清洗樣品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c納米粒子。

光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和引發(fā)劑超聲均勻分散于乙二醇中，得到光子晶體水凝膠前驅(qū)體的懸浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c納米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉雙丙烯酰胺25mg和光引發(fā)劑5mg。

(2)固化光子晶體薄膜的制備：將步驟(1)中的光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液鋪成300μm厚度均勻的薄膜；將其置于200gs的磁場中顯色；紫外光固化得到結(jié)構固定的具有結(jié)構色的光子晶體水凝膠薄膜，其中，固化的光子晶體水凝膠薄膜的主要成分為聚丙烯酰胺；所述紫外光波長為365nm。

(3)將步驟(2)中得到的固化光子晶體水凝膠薄膜浸泡在水溶液中，除掉有機溶劑，使其充分溶脹，即可得到所需的光子晶體水凝膠薄膜。

制得的光子晶體薄膜，包括fe3o4納米粒子和聚丙烯酰胺水凝膠，所述fe3o4納米粒子均勻分散于聚丙烯酰胺水凝膠中，濃度為5mg/ml，所述fe3o4納米粒子呈一維鏈狀排列，所述光子晶體薄膜具有很好的穩(wěn)定性，如圖2a、圖2b所示；所述光子晶體薄膜的甲醛溶液響應范圍為0.003～0.3mol/l，如圖3；所述光子晶體薄膜，呈現(xiàn)藍色，隨著甲醛含量的增加而逐漸變成綠色，呈現(xiàn)出裸眼可見的顏色變化，便于裸眼檢測；當醛類物質(zhì)在溶液中的濃度相同時，所述光子晶體薄膜在不同種類的醛類物質(zhì)溶液中表現(xiàn)出不同的紅移程度，可用于甲醛溶液的特異性檢測，如圖4。所述光子晶體薄膜其甲醛特異性響應的主要原因是丙烯酰胺中的酰胺基團能與甲醛發(fā)生化學反應，從而改變凝膠的極性，凝膠發(fā)生溶脹，最終使肉眼觀察到的顏色發(fā)生改變，而光子晶體凝膠膜在與不同醛類物質(zhì)(如甲醛、乙醛、丙醛等)反應時的，極性改變的程度不一樣，因此凝膠膜發(fā)生溶脹的程度也不一樣，紅移現(xiàn)象也不相同，從而可以實現(xiàn)對于不同醛類物質(zhì)的特異性響應性。

實施例2

本實施例中的光子晶體薄膜，按照如下方法制備：

(1)所述fe3o4@c納米粒子按如下方法制備：將0.6g二茂鐵溶解在60ml丙酮中，得到均勻溶解的溶液，常溫下加入雙氧水，雙氧水體積為4ml，在210℃下反應72h，反應完全后，磁分離用丙酮清洗樣品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c納米粒子。

光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和引發(fā)劑超聲均勻分散于乙二醇中，得到光子晶體水凝膠前驅(qū)體的懸浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c納米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉雙丙烯酰胺30mg和光引發(fā)劑5mg。

(2)固化光子晶體薄膜的制備：將步驟(1)中的光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液鋪成300μm厚度均勻的薄膜；將其置于200gs的磁場中顯色；紫外光固化得到結(jié)構固定的具有結(jié)構色的光子晶體水凝膠薄膜，其中，固化的光子晶體水凝膠薄膜的主要成分為聚丙烯酰胺；所述紫外光波長為365nm。

(3)將步驟(2)中得到的固化光子晶體水凝膠薄膜浸泡在水溶液中，除掉有機溶劑，使其充分溶脹，即可得到所需的光子晶體水凝膠薄膜。

制得的光子晶體薄膜，包括fe3o4納米粒子和聚丙烯酰胺水凝膠，所述fe3o4納米粒子均勻分散于聚丙烯酰胺水凝膠中，濃度為5mg/ml，所述fe3o4納米粒子呈一維鏈狀排列，所述光子晶體薄膜具有很好的穩(wěn)定性；所述光子晶體薄膜的甲醛溶液響應范圍為0.01～0.3mol/l，如圖5；所述光子晶體薄膜，呈現(xiàn)綠色，隨著甲醛含量的增加而逐漸變成紅色，呈現(xiàn)出裸眼可見的顏色變化，便于裸眼檢測；所述光子晶體薄膜在不同的醛溶液中表現(xiàn)出不同的紅移程度，可用于甲醛溶液的特異性檢測。

實施例3

本實施例中的光子晶體薄膜，按照如下方法制備：

(1)所述fe3o4@c納米粒子按如下方法制備：將0.6g二茂鐵溶解在60ml丙酮中，得到均勻溶解的溶液，常溫下加入雙氧水，雙氧水體積為2ml，在180℃下反應72h，反應完全后，磁分離用丙酮清洗樣品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c納米粒子。

光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和引發(fā)劑超聲均勻分散于乙二醇中，得到光子晶體水凝膠前驅(qū)體的懸浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c納米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉雙丙烯酰胺22.5mg和光引發(fā)劑5mg。

(2)固化光子晶體薄膜的制備：將步驟(1)中的光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液鋪成300μm厚度均勻的薄膜；將其置于200gs的磁場中顯色；紫外光固化得到結(jié)構固定的具有結(jié)構色的光子晶體水凝膠薄膜，其中，固化的光子晶體水凝膠薄膜的主要成分為聚丙烯酰胺；所述紫外光波長為365nm。

(3)將步驟(2)中得到的固化光子晶體水凝膠薄膜浸泡在水溶液中，除掉有機溶劑，使其充分溶脹，即可得到所需的光子晶體水凝膠薄膜。

制得的光子晶體薄膜，包括fe3o4納米粒子和聚丙烯酰胺水凝膠，所述fe3o4納米粒子均勻分散于聚丙烯酰胺水凝膠中，濃度為5mg/ml，所述fe3o4納米粒子呈一維鏈狀排列，所述光子晶體薄膜具有很好的穩(wěn)定性；所述光子晶體薄膜的甲醛溶液響應范圍為0.01～0.3mol/l，如圖6；所述光子晶體薄膜，呈現(xiàn)綠色，隨著甲醛含量的增加而逐漸變成橙色，呈現(xiàn)出裸眼可見的顏色變化，便于裸眼檢測；所述光子晶體薄膜在不同的醛溶液中表現(xiàn)出不同的紅移程度，可用于甲醛溶液的特異性檢測。

實施例4

本實施例中的光子晶體薄膜，按照如下方法制備：

(1)所述fe3o4@c納米粒子按如下方法制備：將0.4g二茂鐵溶解在40ml丙酮中，得到均勻溶解的溶液，常溫下加入雙氧水，雙氧水體積為2ml，在180℃下反應72h，反應完全后，磁分離用丙酮清洗樣品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c納米粒子。

光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和引發(fā)劑超聲均勻分散于乙二醇中，得到光子晶體水凝膠前驅(qū)體的懸浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c納米粒子5mg，丙烯酰胺400mg，甲叉雙丙烯酰胺30mg和光引發(fā)劑4mg。

(2)固化光子晶體薄膜的制備：將步驟(1)中的光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液鋪成300μm厚度均勻的薄膜；將其置于300gs的磁場中顯色；紫外光固化得到結(jié)構固定的具有結(jié)構色的光子晶體水凝膠薄膜，其中，固化的光子晶體水凝膠薄膜的主要成分為聚丙烯酰胺；所述紫外光波長為365nm。

(3)將步驟(2)中得到的固化光子晶體水凝膠薄膜浸泡在水溶液中，除掉有機溶劑，使其充分溶脹，即可得到所需的光子晶體水凝膠薄膜。

制得的光子晶體薄膜，包括fe3o4納米粒子和聚丙烯酰胺水凝膠，所述fe3o4納米粒子均勻分散于聚丙烯酰胺水凝膠中，濃度為5mg/ml，所述fe3o4納米粒子呈一維鏈狀排列，所述光子晶體薄膜具有很好的穩(wěn)定性；所述光子晶體薄膜的甲醛溶液響應范圍為0.01～0.3mol/l；所述光子晶體薄膜，呈現(xiàn)藍色，隨著甲醛含量的增加而逐漸變成綠色，呈現(xiàn)出裸眼可見的顏色變化，便于裸眼檢測；所述光子晶體薄膜在不同的醛溶液中表現(xiàn)出不同的紅移程度，可用于甲醛溶液的特異性檢測。

實施例5

本實施例中的光子晶體薄膜，按照如下方法制備：

(1)所述fe3o4@c納米粒子按如下方法制備：將0.65g二茂鐵溶解在65ml丙酮中，得到均勻溶解的溶液，常溫下加入雙氧水，雙氧水體積為2.2ml，在180℃下反應72h，反應完全后，磁分離用丙酮清洗樣品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c納米粒子。

光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和引發(fā)劑超聲均勻分散于乙二醇中，得到光子晶體水凝膠前驅(qū)體的懸浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c納米粒子5mg，丙烯酰胺500mg，甲叉雙丙烯酰胺25mg和光引發(fā)劑5mg。

(2)固化光子晶體薄膜的制備：將步驟(1)中的光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液鋪成300μm厚度均勻的薄膜；將其置于200gs的磁場中顯色；紫外光固化得到結(jié)構固定的具有結(jié)構色的光子晶體水凝膠薄膜，其中，固化的光子晶體水凝膠薄膜的主要成分為聚丙烯酰胺；所述紫外光波長為365nm。

(3)將步驟(2)中得到的固化光子晶體水凝膠薄膜浸泡在水溶液中，除掉有機溶劑，使其充分溶脹，即可得到所需的光子晶體水凝膠薄膜。

制得的光子晶體薄膜，包括fe3o4納米粒子和聚丙烯酰胺水凝膠，所述fe3o4納米粒子均勻分散于聚丙烯酰胺水凝膠中，濃度為5mg/ml，所述fe3o4納米粒子呈一維鏈狀排列，所述光子晶體薄膜具有很好的穩(wěn)定性；所述光子晶體薄膜的甲醛溶液響應范圍為0.003～0.3mol/l；所述光子晶體薄膜，呈現(xiàn)藍色，隨著甲醛含量的增加而逐漸變成綠色，呈現(xiàn)出裸眼可見的顏色變化，便于裸眼檢測；所述光子晶體薄膜在不同的醛溶液中表現(xiàn)出不同的紅移程度，可用于甲醛溶液的特異性檢測。

實施例6

本實施例中的光子晶體薄膜，按照如下方法制備：

(1)所述fe3o4@c納米粒子按如下方法制備：將0.45g二茂鐵溶解在40ml丙酮中，得到均勻溶解的溶液，常溫下加入雙氧水，雙氧水體積為1.3ml，在180℃下反應72h，反應完全后，磁分離用丙酮清洗樣品三次，真空干燥后得到所述fe3o4@c納米粒子。

光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液的制備：將fe3o4@c納米粒子、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和引發(fā)劑超聲均勻分散于乙二醇中，得到光子晶體水凝膠前驅(qū)體的懸浮液；每毫升乙二醇中含有fe3o4@c納米粒子5mg，丙烯酰胺600mg，甲叉雙丙烯酰胺24mg和光引發(fā)劑5mg。

(2)固化光子晶體薄膜的制備：將步驟(1)中的光子晶體水凝膠前驅(qū)體溶液鋪成300μm厚度均勻的薄膜；將其置于200gs的磁場中顯色；紫外光固化得到結(jié)構固定的具有結(jié)構色的光子晶體水凝膠薄膜，其中，固化的光子晶體水凝膠薄膜的主要成分為聚丙烯酰胺；所述紫外光波長為365nm。

(3)將步驟(2)中得到的固化光子晶體水凝膠薄膜浸泡在水溶液中，除掉有機溶劑，使其充分溶脹，即可得到所需的光子晶體水凝膠薄膜。

制得的光子晶體薄膜，包括fe3o4納米粒子和聚丙烯酰胺水凝膠，所述fe3o4納米粒子均勻分散于聚丙烯酰胺水凝膠中，濃度為5mg/ml，所述fe3o4納米粒子呈一維鏈狀排列，所述光子晶體薄膜具有很好的穩(wěn)定性；所述光子晶體薄膜的甲醛溶液響應范圍為0.01～0.3mol/l；所述光子晶體薄膜，呈現(xiàn)藍色，隨著甲醛含量的增加而逐漸變成綠色，呈現(xiàn)出裸眼可見的顏色變化，便于裸眼檢測；所述光子晶體薄膜在不同的醛溶液中表現(xiàn)出不同的紅移程度，可用于甲醛溶液的特異性檢測。

本發(fā)明中光子晶體水凝膠薄膜的厚度也會影響光子晶體薄膜的檢測特性(如甲醛溶液檢測的濃度響應范圍等)，本發(fā)明中的光子晶體凝膠復合薄膜優(yōu)選是將光子晶體凝膠前驅(qū)體懸浮液鋪成150～450μm厚的均勻薄膜(優(yōu)選為300μm厚的均勻薄膜)，相應得到的光子晶體水凝膠薄膜可對甲醛濃度范圍為0.003～0.3mol/l的含有甲醛的溶液具有響應；在實際運用時，根據(jù)實際需要，靈活調(diào)整光子晶體凝膠復合薄膜的厚度。本發(fā)明中光子晶體水凝膠薄膜可應用于溶液中各種醛類物質(zhì)的裸眼檢測，如甲醛、乙醛、丙醛等，并且甲醛檢測現(xiàn)象可以與乙醛、丙醛等其他醛類物質(zhì)的檢測現(xiàn)象區(qū)分開來，實現(xiàn)針對甲醛溶液的特異性檢測。

本發(fā)明中制備聚丙烯酰胺所采用的光引發(fā)劑其具體種類可參考現(xiàn)有技術，例如可采用2-羥基-4-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮；在制備聚丙烯酰胺的光固化反應中，還可引入交聯(lián)劑，所采用的交聯(lián)劑其具體種類也可參考現(xiàn)有技術，例如可采用甲叉雙丙烯酰胺。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。