基于二氧化钛/氧化石墨烯环境增强响应薄膜制备及应用研究

【摘要】：刺激响应型薄膜是一类在环境因素刺激下,自身的某些物理或化学性质会发生相应变化的材料。刺激响应型光子晶体是其中一种。一维光子晶体(1DPhC)是最简单的光子晶体。光子晶体的响应性一般是通过改变介质的折射率或者光子晶体的周期厚度来实现的。但在一些情况下光子晶体的响应性较差。本文以制备响应性增强的1DPhCs为目标,围绕二氧化钛(TiO_2)/氧化石墨烯(GO)环境增强响应薄膜制备及应用研究展开了一系列实验。本文的主要研究内容如下：1)基于中空纳米胶囊的二氧化钛/氧化石墨烯一维光子晶体的制备：通过改善光子晶体基底,将具有一定环境响应性的中空纳米胶囊作为光子晶体的基底,从而提高光子晶体的响应性。利用旋涂法制备基于中空纳米胶囊的二氧化钛/氧化石墨烯一维光子晶体,并检测其对pH溶液,有机试剂和盐离子溶液的响应性,与二氧化钛/氧化石墨烯一维光子晶体进行对比。(第二章内容)2)二氧化钛/氧化石墨烯/响应性水凝胶一维光子晶体的制备：通过引入新的刺激响应性材料,将二氧化钛/氧化石墨烯/响应性水凝胶作为光子晶体中新的结构单元,以此来提升光子晶体的响应性。本文中制备了TiO_2/GO/P(NIPAM-AA) 1DPhC,并检测了它的温敏性,研究了此一维光子晶体在温度标签方面的应用。(第三章内容)3)掺杂聚苯胺缺陷层的二氧化钛/氧化石墨烯一维光子晶体的制备：通过掺杂多孔材料,将聚苯胺和氧化石墨烯水凝胶分别作为光子晶体的缺陷层和新的介质构成含有缺陷层的一维光子晶体。利用多孔材料的性质吸附对待检测物质有特异性响应的化合物,以此来改善光子晶体的响应性。本文中制备了TiO_2/GO 1DPhCs with a PANI defect,并研究了它对葡聚糖的响应性,将分别以氧化石墨烯和氧化石墨烯水凝胶为介质的光子晶体对葡聚糖的响应性进行了比较。(第四章内容)4)镀金的二氧化钛／氧化石墨烯水凝胶一维光子晶体的制备：除了利用光子晶体折射率和周期厚度变化造成的反射光谱的变化来实现刺激响应性,还可以通过光子晶体的荧光增强效应来检测环境变化。本文结合了金纳米粒子和一维光子晶体增强荧光的作用,制备了TiO_2/GO hydrogel 1DPhCs with Au,并将其荧光增强的效果和单纯TiO_2/GO hydrogel 1DPhCs进行了对比,研究TiO_2/GO hydrogel 1DPhCs with Au在检测葡聚糖方面的应用。(第五章内容)