1、光子晶體是指介電常數(shù)周期性變化的一類材料，光子晶體能夠使光波產(chǎn)生衍射而實現(xiàn)光的調控。美國Science雜志在1999年把光子晶體列為未來六大研究熱點之一，預示了光子晶體研究在二十一世紀的廣闊前景。
　　通過光子晶體與刺激響應性智能材料的結合，科學家們提出了響應性光子晶體的概念。響應性光子晶體的衍射光能隨外界刺激而變化，從而實現(xiàn)對外界刺激的光學響應，這一特性使得其成為目前光功能材料研究的熱點。從1996年至2012年，響應性光子晶體

2、的研究存在三個基本問題：在聚合物材料設計層面，其采用的大部分是具有 LCST性質的聚合物或者弱聚合物電解質，這兩類聚合物都對溶液中的離子強度敏感，而受離子強度影響較小的強聚合物電解質研究極少；在響應的目標層面，基本都是針對物理刺激和液體體系中的化學刺激的響應，對氣體響應研究僅限于氧氣和濕度；在響應的原理層面，聚合物響應性光子晶體絕大部分都是基于凝膠膨脹收縮的響應機制，而沒有利用浸潤性機制構建聚合物響應性光子晶體的報道。
　　針對響

3、應性光子晶體目前存在的三個問題，本論文采用膠體晶體模板法制備了強聚電解質基、二氧化碳響應性、浸潤性響應性三類光子晶體，系統(tǒng)研究了其響應特性及響應機理，具體研究內容如下：
　　1）采用膠體晶體模板法制備了強聚電解質基反蛋白石結構水凝膠。實驗表明，強聚電解質基陰離子、陽離子響應性光子晶體的對溶液中陰離子、陽離子的響應受離子水合半徑的調控，響應濃度區(qū)間為10-4-10-2 M，最大歸一化波長變化分別為0.11和0.08；強聚電解質基兩性

4、離子響應性光子晶體的對溶液中氨基酸的響應濃度在10-2 M左右，最大歸一化波長變化為0.06。
　　2）通過在強聚電解質基陽離子響應性光子晶體水凝膠的基礎上修飾合適的配體，制備了能專一性識別特定重金屬離子的響應性光子晶體水凝膠。實驗表明，Cu2+、Pb2+、Ag+響應性光子晶體的響應濃度區(qū)間為10-8-10-3 M、10-10-10-3 M、10-8-10-4 M，最大歸一化波長變化分別為0.11、0.13、0.065。這類螯合型

5、強聚電解質光子晶體水凝膠的響應特性受螯合基團與重金屬離子的絡合常數(shù)調控，重金屬離子被絡合后，形成了以磺酸根基團-金屬離子-絡合基團為中心的離子鍵-配位鍵交聯(lián)，使得水凝膠的有效交聯(lián)度上升，引起水凝膠體積收縮，光子晶體衍射峰藍移。
　　3）以二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺作為功能單體，采用膠體晶體模板法制備了氣體二氧化碳敏感反蛋白石結構水凝膠。二氧化碳響應性光子晶體的對二氧化碳的檢測靈敏度隨氣體樣品的總量而變化，當氣體樣品量為0.15 mL

6、時，光子晶體薄膜對二氧化碳的響應濃度區(qū)間為0-100 vol％，最大歸一化波長變化為0.45；當氣體樣品量為1 mL時，光子晶體薄膜的響應濃度的線性區(qū)間為0-5 vol%，最大歸一化波長變化為0.30。對比實驗表明，該響應性光子晶體對二氧化碳響應的機理包括兩方面：一是叔胺基團與二氧化碳在水中形成離子對，使得滲透壓增壓，引起水凝膠的溶脹；二是叔胺基團與二氧化碳在水中形成離子對后，親水性增加，使得聚合物與水的相互作用參數(shù)發(fā)生變化，引起水凝膠

7、溶脹。
　　4）通過對反蛋白石結構聚合物進行疏水性處理，實現(xiàn)了聚合物光子晶體的浸潤性響應。通過對接觸角的測量，證明了聚合物光子晶體的浸潤性響應條件符合反蛋白石結構模型所表述的接觸角條件，臨界浸潤角為22o左右。
　　5）通過對離子交換型反蛋白石結構聚合物進行連續(xù)疏水性處理，制備具有浸潤性梯度的光子晶體水凝膠，并通過將浸潤性響應光子晶體水凝膠與響應性Gemini表面活性劑相結合，利用Gemini表面活性劑轉變?yōu)閱捂湵砻婊钚詣┖?/p>

8、表面活性大大降低的特性，實現(xiàn)了水凝膠對溶液中小分子硫醇、NADPH等物質的浸潤性響應。實驗表明，有浸潤性梯度的離子交換型反蛋白石結構聚合物對不同種類的表面活性劑呈現(xiàn)出不同的響應行為：對具有相反電荷的表面活性劑呈現(xiàn)浸潤性響應，對兩性離子表面活性劑呈現(xiàn)浸潤性響應以及膨脹收縮響應（紅移），而對于具有相同電荷的表面活性劑以及非離子表面活性劑的響應不明顯。Gemini表面活性劑的浸潤性響應體系受 Gemini表面活性劑的還原程度控制，Gemini