单分散聚苯乙烯乳胶粒的制备及二维有序胶体晶体的自组装研究

【摘要】：由大分子乳胶粒子自组装的有序胶体晶体,当胶体晶体中粒子大小、粒子间距与可见光波长相当时,由于光的衍射与干涉会产生特殊的光学现象,其光学性质随胶体晶体结构的不同而改变。具有周期性介观有序结构的自组装胶体晶体所具有的特定的光学衍射和光带隙性质受到国内外研究者的广泛关注。胶体晶体及其反相结构基于光带隙和光反射的光学性质;通过微观结构与表面性质的修饰及调控得到具有不同结构与性质的胶体晶体;胶体晶体通过复合材料和非线性光学材料在光电调制、激光技术及生物敏感器件的应用等都具有十分重要的科学意义和重大的应用前景。乳胶粒子有序胶体晶体自组装的前提是获得粒径尺寸大小均匀、表面光洁且有一定力学强度的大分子乳胶粒。 由常规乳液聚合制得聚苯乙烯种子乳液,以该乳液为种子,采用种子乳液聚合制得单分散聚苯乙烯乳胶粒。种子乳液和长大后乳胶粒的粒径和粒径分布采用激光光散射和透射电镜表征,其粒径和粒径分布分别为95.6nm,0.047和261.6nm,0.021。种子乳液聚合中,补加单体的量、乳化剂的补加速度等对最终聚苯乙烯乳胶粒粒径和粒径分布均产生较大影响。 单分散乳胶粒子分散在乙醇溶剂中,制得悬浮液分散在环己烷-空气两相界面进行二维有序聚苯乙烯胶体晶体预组装,然后将该二维结构转移至洁净的载玻片上,在毛细管作用力驱动下聚苯乙烯乳胶粒自组装成二维有序胶体晶体。所制得的二维有序胶体晶体采用高分辨率场发射扫描电子显微镜表征其有序结构。电镜研究结果表明,用本方法获得了二维有序的聚苯乙烯胶体晶体结构。该结构中粒子尺寸大小均匀(260nm左右),表面光滑,粒子很少形变,胶体晶体具有较好的近程有序和远程有序结构,有序面积较大(mm~2数量级)。乳胶粒子的浓度及用量、粒径大小及分布、玻璃基片表面的洁净程度等对所形成的二维胶体晶体的有序性有十分重要的影响。在此研究基础上,本论文还初步探讨了双层和三维有序聚苯乙烯胶体晶体的制备方法。研究结果表明,所制备的双层和三维聚苯乙烯胶体晶体的有序性仍然较好,三维胶体晶体结构呈现局部近程有序,但远程有序较差,有序区域较小。其制备方法和过程有待进一步深入地研究。