微凝胶胶体晶体研究进展-高分子学报.PDF

第11 期 高 分 子 学 报 No. 11 2017 年11 月 ACTA POLYMERICA SINICA Nov., 2017 ⋅ 综述 ⋅ 微凝胶胶体晶体研究进展* 关 英 张拥军** (南开大学化学学院 天津 300071) 摘 要 Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) 微凝胶粒子是一种软的胶体粒子. 和单分散的SiO 、PS 、 2 PMMA等硬的胶体粒子一样，单分散的PNIPAM微凝胶粒子也可以自组装成为高度有序的胶体晶体. 微凝胶 粒子软物质的特性及其对外部刺激的响应性赋予其不同于硬球的组装行为. 微凝胶胶体晶体的高度有序结 构及其刺激响应性使其在诸多领域有重要用途. 本文分别介绍了三维及二维微凝胶胶体晶体组装的研究进 展，并对已开发的基于微凝胶胶体晶体的应用进行了总结. 关键词 微凝胶，胶体晶体，刺激响应，自组装 胶体晶体(colloidal crystals，CC)是单分散胶 一种潜在的光子晶体(photonic crystal)[8]. 光子晶 [1~4] 体粒子自组装形成的高度有序结构 . 在普通 体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人 晶体中，原子或分子在空间按一定规律周期重复 工微结构[9]. 当电磁波在光子晶体中传播时，由 地排列. 类似地，在胶体晶体中胶体粒子在空间 于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成 按一定规律周期重复地排列. 由于其高度有序的 能带结构. 能带与能带之间出现带隙，即光子带 结构，胶体晶体在光学、显示、传感、模板制备 隙. 当光子能量处在光子带隙内时，光子将不能 等高技术领域都有着重要的用途. 在晶体中传播. 因此利用光子晶体有望实现对光 胶体晶体的魅力首先来自其美丽的颜色. 由 子的操纵和控制. 胶体晶体正是这样的周期性结 于其高度有序的结构，胶体晶体能反射特定波长 构. 与其他的制备光子晶体的方法相比，通过组 的光，因而呈现美丽的颜色. 与染料分子不同, 装胶体晶体制备光子晶体的方法更简便，不需特 [9] 组成胶体晶体的胶体粒子本身并不含有生色团. 殊设备，且有望大面积制备 . 其色彩来源于其高度有序的结构，因此被称为结 胶体晶体还作为模板被广泛用于制备各种 构色. 例如天然宝石蛋白石(opal)就是由单分散 纳微有序结构. 此外由于其与原子晶体的相似 二氧化硅小球组成的高度有序结构，因此呈现各 性，胶体晶体常常被用来作为原子晶体的模型研 [5] [10] 种美丽的颜色 . 一些生物也因类似的结构而呈 究聚集态领域的一些基本的物理过程 . 组装大 [6] 现美丽的颜色 . 例如对澳大利亚的一种象鼻虫 尺度、缺陷少的胶体晶体是这些应用的基础.