响应型荧光聚合物光子晶体阵列构建及多重调控机制

The work will focus on fluorescent polymer photonic crystal array by ink-jet printing technology and their multi-controlling mechanisms. First of all, we synthesize two classes of polymerizable fluorescent monomers based on photoisomerization and photobase luminescence mechanisms, respectively. And then we take them as the copolymer components to prepare poly (styrene-ethyl acrylate-fluorescent monomer) copolymer microspheres with core-shell structure by emulsion polymerization. Monodisperse and uniform-sized polymer colloidal particles will be fabricated through the optimization of experimental conditions, and we will further obtain highly-ordered polymer photonic crystal films by using self-assembling method. The effects of the assembly conditions and particle size distribution on the photonic band gaps (PBGs) will be investigated in detail. Furthermore, we prepare polymer photonic crystal patterns employing inkjet printing technology, and the fluorescent images form by in-situ UV light induced photoisomerization or photobase reaction followed by the treatment of fluorescent amine. The relationships between PBGs and the fluorescence intensity will be highlighted, we also explore the way and mechanism of the fluorescence enhancement. Finally, the influences of temperature and PH on the fluorescent intensity and PBGs position are studied, thereby achieving a dual switching of fluorescence spectra and the reflection spectra in the fluorescent polymer photonic crystal array. This work has a significant value for the application of polymer photonic crystal in photonic devices, information storage and stereo display technologies.

本项目拟开展基于喷墨打印技术的荧光聚合物光子晶体阵列及多重调控机制的研究。首先，合成两类分别基于光致异构和光产碱发光机理的可聚合荧光单体，并将其作为共聚物的组分引入到乳液聚合反应中制备核壳结构的聚（苯乙烯-丙烯酸乙酯-荧光单体）共聚物微球；通过优化实验条件，最终获得单分散的聚合物胶体粒子。并采用自组装法制备高度有序的聚合物光子晶体薄膜，研究组装条件及粒径分布对聚合物光子晶体的光子带隙的影响。在此基础上，利用喷墨打印设备制备聚合物光子晶体图案，进一步采用原位UV光诱导异构化反应或光产碱反应及荧光胺后处理形成荧光影像。研究光子带隙与荧光强度之间的关联关系，探索实现荧光增强的手段和机理。最后，研究温度和PH等因素对荧光强度及光子带隙位置的影响，最终获得可同时调节发光光谱和反射光谱的荧光聚合物光子晶体阵列。该项目的研究为聚合物光子晶体在光子器件、信息存储以及立体显示等领域的应用提供重要参考价值。

本项目开展了基于构建多种荧光聚合物光子晶体阵列及多重调控机制与应用研究。成功完成了以下四个方面研究内容：第一、设计合成多种荧光单体化合物。包括：1、氨基甲酸酯基光敏单体SMC。2、螺吡喃基光敏单体SPMA。3、硫杂蒽酮-苯基咔唑TX-PC。4、响应型水凝胶复合结构。第二、成功制备多种聚合物微球及光子晶体。包括：1、核壳结构反应型荧光聚合物微球（PS@PMMA-SMC）。2、新型荧光聚合物微球（PS@PMMA-SPMA）。3、蛋白石及反蛋白石结构光子晶体。4、Janus光子晶体微球。第三、利用印刷法制备多种荧光聚合物光子晶体阵列。包括：1、喷涂法制备反应型（PS@PMMA-SMC）光子晶体阵列及多色图案。2、滚涂和丝网印刷法制备（PS@PMMA-SPMA）荧光光子晶体阵列及器件。3、旋涂法制备双模式响应型光子晶体/上转换纳米粒子荧光阵列及编码。4、拓印法制备双模式染料掺杂的胆甾相液晶聚合物荧光阵列及图案。第四、构建了多种光子晶体器件，实现了荧光及反射光谱的多重调控。包括：1、反应型荧光聚合物光子晶体（PS@PMMA-SMC）荧光调控。2、荧光聚合物微球（PS@PMMA-SPMA）光子晶体器件的光电响应。3、MPA具有快速响应分子印迹光子晶体分子识别。4、磁性Janus光子晶体微球阵列实时显示。5、双模式响应型光子晶体/上转换纳米粒子复合荧光材料信息识读。6、多重响应性水凝胶的外场驱动效应。7、双模式染料掺杂的胆甾相液晶聚合物动态荧光调控。依托本项目，在SCI刊物上发表论文25篇，其中2篇为封面文章。申报专利13项，授权专利6项。参加了8次国内外学术会议，发表会议论文合计16篇。累计获奖5人次。培养博士研究生6名，硕士研究生6名，毕业博士4名、硕士6名。部分研究成果在国防项目上得到应用，并通过鉴定。该项目研究成果将在光子器件、信息安全以及传感器等领域提供重要参考价值。