1．目的及意义

光子晶体的概念最早在1987年由S.John^[1]和E.Yablonovitch^[2]分别独立提出，这是一种介电常数和折射率成周期性变化的物质。这种折射率周期性变化的结构将产生光子禁带，在该禁带范围内的光波照射其上时将会发生全反射，形成色彩（结构色）。这种周期性结构赋予了光子晶体特殊性能，例如其稳定可设计的颜色使其在纤维^[3]、功能涂料、显示器材^[4]等方面得到应用；其光子禁带可以在通信^[5]、红外隐身材料^[6]等方面得到应用；其对光子的特殊作用也有望应用于光催化领域^[7]。例如，受生物启发，有不少学者对光子晶体表面润湿性及超疏水结构设计进行了研究，大大拓宽了光子晶体在传感、检测、太阳能电池等领域的应用^[8]；Kanako Watanabe等^[9]研究了受磁场控制的核心位置可变的具有核/壳结构的胶体晶体，以期在生物医学及光学领域得到更广泛的应用。

在自然界中也有许多光子晶体存在，如蛋白石、孔雀羽毛和蝴蝶翅膀等^[10-11]，它们斑斓的色彩即是由其特殊的周期性变化的微观结构而产生的。经过科学家的不懈努力，我们现在也能够人工合成出胶体晶体，称为人工蛋白石。其中制备技术较为成熟的胶体微球包括二氧化硅微球^[12]、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球及共聚物微球^[13-14]，其制备过程大体分为两部分：单分散纳米级微球的制备和自组装成光子晶体。常见的光子晶体的自组装方法包括重力沉降、垂直沉降、电泳沉积、离心沉积、涂覆沉积、界面自组装法^[15]。

在诸多光子晶体材料中，聚苯乙烯以其制备方法简单、单分散性好、粒径可控而受到了广泛研究。除直接制备聚苯乙烯光子晶体外，还有将其作为模板用以制备反蛋白石结构光子晶体。例如，伊东^[16]等通过垂直沉积法制备了聚苯乙烯光子晶体模板，然后在其间注入丙烯酰胺-丙烯酸预聚体，待其固化后，用二甲苯将PS模板溶解除去，制得反蛋白结构光子晶体。聚苯乙烯光子晶体制备过程操作简单，原料易得，使用过程中安全无污染，性能稳定，耐化学腐蚀，且其结构色饱和度高、不褪色耐氧化，因而其有望取代传统的挥发污染大的有机涂料；例如，Zeng, Q等^[17]利用单分散的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）胶体晶体制备了易喷涂可清洁自愈合且具有彩虹色的涂料。此外，聚苯乙烯表面易于接枝改性，大大拓宽了其应用领域。

本课题主要是制备聚苯乙烯和聚苯乙烯共聚物的微球，然后通过自组装法将聚合物微球组装成三维光子晶体。研究聚合条件对聚合物微球粒径的影响，以及聚合物微球粒径和组装工艺对三维光子晶体性能的影响，以期使聚苯乙烯光子晶体结构色得到可控，解决传统涂料易氧化褪色、有机溶剂挥发污染问题，同时也可挖掘其在防伪、纺织、化妆品方面的应用。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容

材料制备：（1）以苯乙烯（PS）为原料，十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为乳化剂，过硫酸钾（KPS）为引发剂，通过传统乳液聚合方法制备单分散的聚苯乙烯微球；（2）以苯乙烯（St）为原料，过硫酸钾（KPS）为引发剂，不使用乳化剂采用无皂乳液聚合方法制备单分散的聚苯乙烯微球；（3）以苯乙烯（St）和N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为原料，十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为乳化剂、过硫酸钾为引发剂通过核-壳乳液聚合方法制备聚苯乙烯共聚物微球；（4）将合成的聚合物微球通过垂直沉积法制备得到三维聚合物光子晶体。

材料表征：红外光谱仪对合成的聚合物进行测试分析，激光粒度分析仪测量微球粒径及分布，用扫描电子显微镜对制备的聚合物光子晶体进行形貌表征，反射光谱仪测试聚合物光子晶体薄膜的反射光谱。

2.2 研究目标