CN103158382A - 利用喷墨打印技术制备具有响应性及图案化的光子晶体复合膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用喷墨打印技术简单快速制备具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的方法。本发明采用单分散乳胶粒、响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水的混合液为墨水，通过喷墨打印得到由微滴单元构成的图案化的对湿度响应、对温度响应、对酸性气体响应和/或对碱性气体响应的光子晶体复合膜；所述微滴单元是由单分散乳胶粒骨架堆砌，且在单分散乳胶粒骨架的空隙中填充有由响应性功能聚合物的单体进行交联聚合后得到的响应性的交联聚合物。所述光子晶体复合膜既可通过人的裸眼分辨颜色变化实现可视检测，又在外界环境变化引起的快速智能显示单元，危险物质检测、化学反应监控、光开关、集成光路等领域有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于胶体光子晶体膜的制备技术领域，尤其涉及利用喷墨打印技术简单快速制备具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的方法。
背景技术
光子晶体的概念自1987年被提出以来，经过二十多年的发展，已经成为当今物理学、光电子学、材料学、化学、纳米技术等领域共同关注的研究热点。基于已知光子晶体的各种特殊性质，其应用涵盖了光、电、催化、传感、显示、检测等众多领域。在通常的专利文献中，胶体光子晶体膜主要应用在滤波器(如CN：01105105.1，CN：98110990.X)，光开关(CN：02160207.7)，光波导(CN：02804125.9，CN：99810798，CN：01132293.4，CN：02811132.X)，光纤(CN：00803964.X，CN：00803960.7，CN：03127694.6)等方面。响应性光子晶体在许多重要领域有着广阔的应用前景，如仿生材料、生物分离、临床诊断、药物释放体系、化学机械体系和化学阀门、环境检测以及作为各种物理、化学传感器等。
光子晶体膜的响应速度是决定其应用前景的关键因素。超快速响应的光子晶体膜在危险气体检测、化学反应监控及智能显变色方面具有明显的应用优势。相关报道主要从两个角度致力于提高光子晶体膜的响应速度。从化学组成的角度，清华大学的李广涛课题组(Huang Jing，Guangtao Li et al.，Chem.Commun.，2010，46，4103-4105)通过改变凝胶分子链上的亲溶剂基团的类型和数量，提高了湿度响应的反蛋白石型聚离子液体光子晶体膜的响应速度。从物理结构的角度，美国伊利诺斯大学的Broun课题组(Yun Ju Lee and Paul V.Braun，Adv.Mater.2003，15，563-566)首先发现了多孔结构光子晶体响应速度快于复合结构；同济大学的葛建平课题组(Ruyang Xuan，Jianping Ge et al.，J.Mater.Chem.2011，21，3672-3676)通过调整凝胶膜的尺寸、交联程度，实现了响应速度可控的光子晶体膜的制备。近年来韩国Moon课题组(J.Park and J.Moon，Langmuir 2006，22，3506-3513)和本案发明人课题组(CN：200710179880.3，CN：200810115540.9，CN：201010578852.0)通过喷墨打印制备了图案化响应性光子晶体膜，为发展光子晶体的广泛应用提供了新思路。目前已经实现了通过喷墨打印制备单带隙及复合带隙、单响应及复合响应的具有亮丽结构色的图案化光子晶体膜，所打印的图案可以借助计算机软件灵活设计。然而利用喷墨打印获得的具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜尚无报道，具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的简单快速制备可以极大拓宽光子晶体在智能显色和灵敏检测等领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用喷墨打印技术一步制备具有外界环境响应性及图案化的光子晶体复合膜的方法。
本发明的目的之二是提供由喷墨打印技术制备得到的能够超快速响应外界环境变化的光子晶体复合膜。
本发明的目的之三是提供由喷墨打印技术制备得到的能够超快响应外界环境变化的光子晶体复合膜在湿度、温度、酸性气体和/或碱性气体的氛围下的单重或多重响应监测方面的应用。
本发明采用单分散乳胶粒、响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水的混合液为墨水，在具有特殊浸润性的基材上，通过喷墨打印将其中的单分散乳胶粒组装成图案化的光子晶体复合膜。光子晶体复合膜由喷墨打印机喷出的微滴干燥后形成，通过高沸点助剂减缓微滴干燥过程，特殊浸润性基材阻止微滴过度铺展，实现高度有序的单分散乳胶粒的间隙中填充有响应性的交联聚合物。具有大比表面积的喷墨打印得到的光子晶体复合膜作为响应单元，可以大幅提高光子晶体复合膜的吸收和释放响应物质的速度，从而实现百毫秒级的超快速响应。这种超快响应的光子晶体复合膜既可以通过人的裸眼分辨颜色变化实现可视检测，又在外界环境变化引起的快速智能显示单元，危险物质检测、化学反应监控、光开关、集成光路等领域有着广阔的应用前景。
本发明的利用喷墨打印技术制备具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的方法，是借助喷墨打印机与计算机的结合，利用计算机软件设计图案，通过喷墨打印机打印单分散乳胶粒与响应性功能体系共组装获得的。上述的制备方法具有工艺简单，成本低廉，对设备无特殊要求等特点。
本发明的利用喷墨打印技术制备具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的方法为：
将由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液分别装于喷墨打印机的不同墨盒中，且每一墨盒中装载的单分散乳胶粒的粒径相同；或
将由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、具有不相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液分别装于喷墨打印机的不同墨盒中，且每一墨盒中装载的是具有相同响应性功能聚合物的单体及相同粒径的单分散乳胶粒；
然后经喷墨打印机对具有特殊浸润性的基材表面进行图案(通过计算机软件的图案设计)打印、再经光照或加热引发所述的响应性功能聚合物的单体进行交联聚合后，在具有特殊浸润性的基材表面上得到由超快响应的微滴单元构成的图案化的对湿度响应、对温度响应、对酸性气体响应和/或对碱性气体响应的光子晶体复合膜；所述的微滴单元是由单分散乳胶粒骨架堆砌，且在单分散乳胶粒骨架的空隙中填充有由响应性功能聚合物的单体进行交联聚合后得到的响应性的交联聚合物。
所述的经光照引发所述的响应性功能聚合物的单体进行交联聚合的光照条件为用波长为200～400nm的紫外灯作为光源，光照强度为200mW/cm2～1W/cm2；所述的加热引发所述的响应性功能聚合物的单体进行交联聚合的加热温为30～90℃。
所述的超快响应的微滴单元的直径为1～300μm。
所述的由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液中的单分散乳胶粒的含量为5～20wt％、响应性功能聚合物的单体的含量为1～20wt％、交联剂的含量为0.1～5wt％、引发剂的含量为0.1～5wt％、高沸点助剂的含量为20～40wt％，余量为水。
所述的由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、具有不相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液中的单分散乳胶粒的含量为5～20wt％、响应性功能聚合物的单体的含量为1～20wt％、交联剂的含量为0.1～5wt％、引发剂的含量为0.1～5wt％、高沸点助剂的含量为20～40wt％，余量为水。
所述的单分散乳胶粒为市售产品或基于ZL200510011219.2和ZL200510012021.6等公开的方法合成的；粒径范围是100～1100nm。
所述的单分散乳胶粒选自单分散聚苯乙烯乳胶粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒、单分散聚丙烯酸乳胶粒、单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒、单分散二氧化钛乳胶粒、单分散二氧化硅乳胶粒中的一种。
所述的响应性功能聚合物的单体可以通过光照引发交联聚合或加热引发交联聚合得到响应性的交联聚合物。所述的响应性功能聚合物的单体是市售产品，选自对湿度响应的丙烯酰胺、对温度响应的异丙基丙烯酰胺、对酸性气体响应的丙烯酸、对碱性气体响应的丙烯酸等中的一种。
所述的响应性的交联聚合物选自对湿度响应的聚丙烯酰胺、对温度响应的聚异丙基丙烯酰胺、对酸性气体响应的聚丙烯酸、对碱性气体响应的聚丙烯酸等中的一种。
所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
所述的引发剂为光引发剂或热引发剂。
所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮等。
所述的热引发剂为水溶性的过硫酸铵、水溶性的过硫酸钾等中的一种；或者是偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐等水溶性的偶氮类引发剂等中的一种。
所述的高沸点助剂为乙二醇。
所述的具有特殊浸润性的基材为与水的接触角是65～90°的聚合物薄膜。
所述的聚合物薄膜选自聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜中的一种。
所述的图案打印方法可参照CN 200710179880.3，CN200810115540.9，CN：201010578852.0所公开的技术方案，采用多喷头商用打印机，借助计算机软件设计图案。
本发明方法得到的具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的响应类型为：对湿度响应、对温度响应、对酸性气体响应和/或对碱性气体响应。
所述的对湿度响应的光子晶体复合膜的响应时间为90ms～6000ms。
所述的对温度响应的光子晶体复合膜的响应时间为300ms～7000ms。
所述的对酸性气体响应或对碱性气体响应的光子晶体复合膜的响应时间为500ms～9000ms。
所述的对湿度响应的湿度范围为：20％～100％。
所述的对温度响应的温度范围为：10～40℃。
所述的对酸性气体响应的pH范围为：pH为3～7。
所述的对碱性气体响应的pH范围为：pH为7～11。
所述的酸性气体为氯化氢和/或硫化氢等气体。
所述的碱性气体为氨气。
所述的喷墨打印机为喷孔直径为1～100μm的商用打印机。
所述的喷墨打印机对基材表面进行图案打印时的方法及条件为常规打印的方法及条件。
本发明方法得到的具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的光子带隙分布为250～2500nm，由单分散乳胶粒骨架堆砌，且在单分散乳胶粒骨架的空隙中填充有由响应性功能聚合物的单体进行交联聚合后得到的响应性的交联聚合物。
本发明方法得到的具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜在250～2500nm的紫外光、可见光或红外光区域范围内，随着外界环境的变化，光子带隙在数十秒内发生蓝移或红移。
所述的对湿度响应的光子晶体复合膜随外界湿度从20％到100％变化时，对湿度响应的光子晶体复合膜的光子带隙的变化范围最大为250nm，所述的对湿度响应的光子晶体复合膜的最快响应时间为90ms。
所述的对温度响应的光子晶体复合膜随外界温度从10℃到40℃变化时，对温度响应的光子晶体复合膜的光子带隙的变化范围最大为150nm，所述的对温度响应的光子晶体复合膜的最快响应时间为300ms。
所述的对酸性气体响应的光子晶体复合膜或对碱性气体响应的光子晶体复合膜随外界酸性气体或碱性气体的增加，pH值从3到11变化，对酸性气体或碱性气体响应的光子晶体复合膜的光子带隙的变化范围最大为400nm，所述的对酸性气体响应的光子晶体复合膜或对碱性气体响应的光子晶体复合膜的最快响应时间为500ms。
根据响应性的交联聚合物不同，以及所述的微滴单元的尺寸不同，可以得到具有不同响应速度的单重响应的图案化的光子晶体复合膜和具有不同响应速度的复合多重响应的图案化的光子晶体复合膜。
本发明的方法所制备得到的具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜在单重或多重外界环境监测响应方面具有广泛的应用。可以通过所述具有响应性及图案化的光子晶体复合膜的颜色变化监控外界环境的湿度、温度、酸性气体和/或碱性气体含量的变化。具体的应用方案如下：
将所制备得到的具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜放置在一个湿度、温度、酸性气体和/或碱性气体含量变化的环境中，所制备的光子晶体复合膜的颜色会根据其响应性的不同，随相应外界环境的变化而变化。最终可以通过光子晶体复合膜的颜色变化监控外界湿度、温度、酸性气体和/或碱性气体含量的变化。
本发明与前述文献及专利报道的不同，本发明涉及采用喷墨打印方法实现超快速的单响应或多响应的图案化的光子晶体复合膜的简单、快速制备。本发明采用单分散乳胶粒、响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液为墨水，在具有特殊浸润性的基材上，通过喷墨打印将其中的单分散乳胶粒组装成图案化的光子晶体复合膜。光子晶体复合膜由喷墨打印机喷出的微滴干燥后形成，通过高沸点助剂减缓微滴干燥过程，特殊浸润性基材阻止微滴过度铺展，实现高度有序的单分散乳胶粒的间隙中填充有响应性聚合物。采用上述方法得到的构成光子晶体复合膜中的响应性的光子晶体在外界刺激作用下会发生晶格常数的变化，导致所制备的光子晶体复合膜的图案的色彩发生响应性变化。具有大比表面积的喷墨打印微滴作为响应单元，可以大幅提高光子晶体复合膜的吸收和释放响应物质的速度，从而实现百毫秒级的超快速响应。这种超快响应的光子晶体复合膜既可以通过人的裸眼分辨颜色变化实现可视检测，又在外界环境变化引起的快速智能显示单元，危险物质检测、化学反应监控、光开关等集成光路等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1.本发明实施例3的喷墨打印微滴干燥后形成的光子晶体单元的光学显微镜照片。
图2a、2b.本发明实施例3的喷墨打印微滴干燥后形成的光子晶体单元SEM照片。
图3.本发明实施例3的喷墨打印微滴干燥后形成的光子晶体单元随湿度增大及减小，反射光谱的变化，响应时间为35ms。
具体实施方式
实施例1.
在温度为10℃，湿度为20％下，将采用专利号为ZL200510011219.2的方法制备得到的含有粒径为100nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的乳液、响应性功能单体丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的含量为20wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为20wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为5wt％、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的含量为5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为20wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为1μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为65°的聚乙烯薄膜基材上进行打印，并在紫外灯下进行光照(波长为200nm，光照强度为200mW/cm2，光照时间为1h)后，得到具有湿度响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜是由直径为1～20μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酰胺。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在250nm，随湿度从20％到100％变化，其光子带隙从250nm到380nm变化，光子带隙发生130nm的红移。
构成光子晶体复合膜的微滴单元的直径为1～20μm，当微滴单元的直径分别为1μm，10μm，20μm时，随环境湿度从20％到100％，微滴单元的响应时间分别为20ms，50ms，90ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随环境湿度从20％到100％，宏观响应的时间为90ms。
将上述具有超快湿度响应的图案化的光子晶体复合膜放置在湿度变化的环境中，通过所述具有湿度响应及图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境的湿度变化。
实施例2.
在温度为40℃，湿度为60％下，将市售的粒径为1100nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒、响应性功能单体丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂水溶性的过硫酸铵、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒的含量为5wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为1wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为0.1wt％、热引发剂水溶性的过硫酸铵的含量为0.1wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为30wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为100μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为79°的聚氯乙烯薄膜基材上进行打印，并于烘箱中加热(温度为60℃，加热时间为2h)后，得到具有湿度响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜是由直径为100～300μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酰胺。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在2500nm，随湿度从20％到100％变化，其光子带隙从2500nm到2620nm变化，光子带隙发生120nm的红移。
构成光子晶体复合膜的微滴单元的直径为100～300μm，当微滴单元的直径分别为100μm，150μm，300μm时，随环境湿度从20％到100％，微滴单元的响应时间分别为4000ms，5000ms，6000ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随环境湿度从20％到100％，宏观响应的时间为6000ms。
将上述具有超快湿度响应的图案化的光子晶体复合膜放置在湿度变化的环境中，通过所述具有湿度响应及图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境的湿度变化。
实施例3.
在温度为20℃，湿度为40％下，将采用专利号为ZL200510011219.2的方法制备得到的含有粒径为180nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的乳液、响应性功能单体丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物的含量为20wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为15wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为2.5wt％、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的含量为2.5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为40wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为15μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为90°的聚碳酸酯薄膜基材上进行打印，并在紫外灯下进行光照(波长为380nm，光照强度为200mW/cm2，光照时间为2h)后，得到具有湿度响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜是由直径为15～50μm的微滴单元构成，微滴的显微照片如图1所示。所述的微滴单元是由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酰胺，扫描电镜照片如图2a、2b所示。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在460nm，随湿度从20％到100％变化，其光子带隙从460nm到580nm变化，光子带隙发生120nm的红移。
构成光子晶体复合膜的微滴单元的直径为15～50μm，当微滴单元的直径分别为15μm，30μm，50μm时，随环境湿度从20％到100％，微滴单元的响应时间分别为35ms，100ms，1000ms。直径尺寸为15μm的微滴的反射光谱随时间的变化如图3所示。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随环境湿度从20％到100％，宏观响应的时间为1000ms。
将上述具有超快湿度响应的图案化的光子晶体复合膜放置在湿度变化的环境中，通过所述具有湿度响应及图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境的湿度变化。
实施例4.
在温度为40℃，湿度为40％下，将市售的粒径为150nm的单分散聚丙烯酸乳胶粒的乳液、响应性功能单体异丙基丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚丙烯酸乳胶粒的含量为5wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为1wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为0.1wt％、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮的含量为0.1wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为25wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为1μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为79°的聚氯乙烯薄膜基材上进行打印，并在紫外灯下进行光照(波长为300nm，光照强度为500mW/cm2，光照时间为1h)后，得到具有温度响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜是由直径为1～10μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚丙烯酸乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚丙烯酸乳胶粒骨架的空隙中填充有由异丙基丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚异丙基丙烯酰胺。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在400nm，随温度从40℃到10℃变化，其光子带隙从400nm到500nm变化，光子带隙发生100nm的红移。
构成光子晶体膜的微滴单元的直径为1～10μm，当微滴单元的直径分别为1μm，5μm，10μm时，随温度从10℃到40℃，微滴单元的响应时间分别为70ms，200ms，300ms。微滴单元构成的图案化光子晶体膜，随温度从10℃到40℃，宏观响应的时间为300ms。
将上述具有超快温度响应的图案化的光子晶体复合膜放置在温度变化的环境中，通过所述具有温度响应及图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境的温度变化。
实施例5.
在温度为25℃，湿度为80％下，将采用专利号为ZL200510012021.6的方法制备得到的含有粒径为190nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的乳液、响应性功能单体异丙基丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的含量为10wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为20wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为2wt％、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮的含量为1wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为35wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为40μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为79°的聚氯乙烯薄膜基材上进行打印，并在紫外灯下进行光照(波长为400nm，光照强度为1W/cm2，光照时间为1h)后，得到具有温度响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜是由直径为40～70μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架的空隙中填充有由异丙基丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚异丙基丙烯酰胺。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在480nm，随温度从40℃到10℃变化，其光子带隙从480nm到530nm变化，光子带隙发生150nm的红移。
构成光子晶体膜的微滴单元的直径为40～70μm，当微滴单元的直径分别为40μm，45μm，70μm时，随温度从40℃到10℃，微滴单元的响应时间分别为300ms，1000ms，1500ms(图5，图6)。微滴单元构成的图案化光子晶体膜，随温度从40℃到10℃，宏观响应的时间为1500ms。
将上述具有超快温度响应的图案化的光子晶体复合膜放置在温度变化的环境中，通过所述具有温度响应及图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境的温度变化。
实施例6.
在温度为30℃，湿度为70％下，将市售的粒径为230nm的单分散聚苯乙烯乳胶粒、响应性功能单体异丙基丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚苯乙烯乳胶粒的含量为20wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为1wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为2.5wt％、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐的含量为2.5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为20wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为100μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为90°的聚碳酸酯薄膜基材上进行打印，并于烘箱中加热(温度为90℃，加热时间为2h)后，得到具有温度响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜由直径为180～300μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是单分散聚苯乙烯乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚苯乙烯乳胶粒骨架的的空隙中填充有由异丙基丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚异丙基丙烯酰胺。所述的化光子晶体复合膜的光子带隙在580nm，随温度从10℃到40℃变化，其光子带隙从580nm到460nm变化，光子带隙发生120nm的蓝移。
构成光子晶体膜的微滴单元的直径为180～300μm，当微滴单元的直径分别为180μm，250μm，300μm时，随温度从10℃到40℃，微滴单元的响应时间分别为2000ms，5000ms，7000ms。微滴单元构成的图案化光子晶体复合膜，随温度从10℃到40℃，宏观响应的时间为7000ms。
将上述具有超快温度响应的图案化的光子晶体复合膜放置在温度变化的环境中，通过所述具有温度响应及图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境的温度变化。
实施例7.
在温度为10℃，湿度为40％下，将采用专利号为ZL200510011219.2的方法制备得到的含有粒径为250nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的乳液、响应性功能单体丙烯酸、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的含量为20wt％、响应性功能单体丙烯酸的含量为1wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为0.1wt％、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮的含量为0.1wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为30wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为18μm喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为65°的聚乙烯薄膜基材上进行打印，并在紫外灯下进行光照(波长为300nm，光照强度为600mW/cm2，光照时间为2h)后，得到具有酸性气体和/或碱性气体响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜是由直径为30～60μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酸进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酸。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在640nm，随着氯化氢气体的通入，环境pH值从7到3变化，光子带隙从640nm到400nm变化，光子带隙发生160nm的蓝移；随着氨气气体的通入，环境pH值从7到11变化，光子带隙从640nm到800nm变化，光子带隙发生240nm的红移。
构成光子晶体膜的微滴单元尺寸分布在30～60μm，当微滴单元的直径分别为30μm，50μm，60μm时，随着氯化氢气体的通入，环境pH值从7到3变化，微滴单元的响应时间分别为500ms，800ms，1400ms；随着氨气气体的通入，环境pH值从7到11变化，微滴单元的响应时间分别为500ms，800ms，1400ms。微滴单元构成的图案化光子晶体膜，随着氯化氢气体或氨气的通过，环境pH值从7到3或7到11变化，宏观响应的时间为1400ms。
将上述具有超快酸性气体和/或碱性气体响应的图案化光子晶体复合膜放置在通入氯化氢或氨气的环境中，通过所述具有酸性气体和/或碱性气体响应及图案化光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境中氯化氢和氨气含量的变化。
实施例8.
在温度为15℃，湿度为60％下，将市售的粒径为300nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒、响应性功能单体丙烯酸、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂水溶性的过硫酸钾、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒的含量为8wt％、响应性功能单体丙烯酸的含量为1wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为0.2wt％、热引发剂水溶性的过硫酸铵的含量为0.1wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为40wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为1μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为65°的聚乙烯上进行打印，并于烘箱中加热(温度为70℃，加热时间为2h)后，得到具有酸性气体/碱性气体响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜由直径为1～10μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酸进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酸。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在750nm，随着氯化氢气体的通入，环境pH值从7到3变化，光子带隙从750nm到500nm变化，光子带隙发生250nm的蓝移；随着氨气气体的通入，环境pH值从7到11变化，光子带隙从750nm到900nm变化，光子带隙发生150nm的红移。
构成光子晶体膜的微滴单元的直径为1～10μm，当微滴单元的直径分别为1μm，5μm，10μm时，随着氯化氢气体的通入，环境pH值从7到3变化，微滴单元的响应时间分别为100ms，300ms，500ms；随着氨气气体的通入，环境pH值从7到11变化，微滴单元的响应时间分别为100ms，300ms，500ms。微滴单元构成的图案化光子晶体膜，随着氯化氢气体或氨气的通过，环境pH值从7到3或7到11变化，宏观响应的时间为500ms。
将上述具有超快酸性气体和/或碱性气体响应的图案化光子晶体复合膜放置在通入氯化氢或氨气的环境中，通过所述具有酸性气体和/或碱性气体响应及图案化光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境中氯化氢和氨气含量的变化。
实施例9.
在温度为20℃，湿度为70％下，将市售的粒径为200nm的单分散二氧化钛乳胶粒、响应性功能单体丙烯酸、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散二氧化硅乳胶粒的含量为20wt％、响应性功能单体丙烯酸的含量为10wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为2.5wt％、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐的含量为2.5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为30wt％、余量为水；将上述混合液装于喷头孔径为80μm的喷墨打印机的墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为65°的聚乙烯上打印，并于烘箱中加热(温度为75℃，加热时间为2h)后，得到具有酸性气体/碱性气体响应性和计算机设计图案的光子晶体复合膜。该光子晶体复合膜是由直径为150～300μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是单分散二氧化钛乳胶粒骨架堆砌，且在单分散二氧化钛乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酸进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酸。所述的光子晶体复合膜的光子带隙分布在500nm，随着硫化氢气体的通入，环境pH值从7到3变化，光子带隙从500nm到380nm变化，光子带隙发生120nm的蓝移；随着氨气气体的通入，环境pH值从7到11变化，光子带隙从500nm到700nm变化，光子带隙发生200nm的红移。
构成光子晶体膜的微滴单元的直径为150～300μm，当微滴单元的直径分别为150μm，230μm，300μm时，随着硫化氢气体的通入，环境pH值从7到3变化，微滴单元的响应时间分别为4000ms，7000ms，9000ms；随着氨气气体的通入，环境pH值从7到11变化，微滴单元的响应时间分别为4000ms，7000ms，9000ms。微滴单元构成的图案化光子晶体膜，随着硫化氢气体或氨气的通过，环境pH值从7到3或7到11变化，宏观响应的时间为9000ms。
将上述具有超快酸性气体和/或碱性气体响应的图案化光子晶体复合膜放置在通入硫化氢或氨气的环境中，通过所述具有酸性气体和/或碱性气体响应及图案化光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境中硫化氢和氨气含量的变化。
实施例10.
在温度20℃，湿度65％下，将市售的粒径为230nm的单分散二氧化硅乳胶粒、响应性功能单体丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散二氧化硅乳胶粒的含量为10wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为5wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为2.5wt％、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐的含量为2.5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为40wt％、余量为水；以及将市售的粒径为230nm的单分散二氧化硅乳胶粒、响应性功能单体丙烯酸、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散二氧化硅乳胶粒的含量为20wt％、响应性功能单体丙烯酸的含量为10wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为5wt％、热引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐的含量为5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为35wt％、余量为水。
将上述2种混合液分别装于喷头孔径为50μm的喷墨打印机的2个墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为79°的聚氯烯薄膜基材上进行打印，并于烘箱中加热(温度为80℃，加热时间为2h)后，得到不同图案区域分别具有湿度响应性和酸性气体和/或碱性气体响应性以及计算机设计图案的光子晶体复合膜。湿度响应区域的光子晶体复合膜由直径为60～80μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散二氧化硅乳胶粒骨架堆砌，且在单分散二氧化硅乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酰胺；酸性气体和/或碱性气体响应区域的光子晶体复合膜由直径为60～100μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散二氧化硅乳胶粒骨架堆砌，且在单分散二氧化硅乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酸进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酸。所述的光子晶体复合膜，湿度响应区域的光子带隙分布在640nm，随湿度从20％到100％变化，光子带隙从600nm到750nm变化，光子带隙发生150nm的红移；酸性气体和/或碱性气体响应区域的光子带隙分布在640nm，随pH值从3到11变化，光子带隙会从450nm到850nm变化，光子带隙发生400nm的红移。
构成湿度响应区域光子晶体复合膜的微滴单元的直径为60～80μm，当微滴单元的直径分别为60μm，70μm，80μm时，随环境湿度从20％到100％，微滴单元的响应时间分别为1000ms，2500ms，3000ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随环境湿度从20％到100％，宏观响应的时间为3000ms。构成酸性气体和/或碱性气体响应区域光子晶体复合膜的微滴单元直径为60～100μm，当微滴的直径分别为60μm，70μm，100μm时，随着氯化氢气体或氨气的通过，环境pH值从7到3变化或从7到11变化，微滴单元的响应时间分别为900ms，1500ms，3000ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随着氯化氢气体或氨气的通过，环境pH值从7到3变化或从7到11变化，宏观响应的时间为3000ms。
将上述具有湿度和酸性气体和/或碱性气体双重响应及图案化的光子晶体复合膜放置在湿度和通入氯化氢或氨气气体的环境中时，通过所述具有湿度和酸性气体和/或碱性气体响应的图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境湿度和环境中氯化氢和氨气气体含量的变化。
实施例11.
在温度30℃，湿度40％下，将采用专利号为ZL200510011219.2的方法制备得到的含有粒径为180nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的乳液、响应性功能单体丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的含量为5wt％、响应性功能单体丙烯酰胺的含量为1wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为0.1wt％、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的含量为0.1wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为40wt％、余量为水；以及将采用专利号为ZL200510012021.6的方法制备得到的含有粒径为180nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的乳液、响应性功能单体异丙基丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒的含量为15wt％、响应性功能单体异丙基丙烯酰胺的含量为7wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为2.5wt％、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮的含量为2.5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为35wt％、余量为水。
将上述2种混合液分别装于喷头孔径为10μm的喷墨打印机的2个墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触为79°的聚氯乙烯薄膜基材上进行打印，并在紫外灯下进行光照(波长为380nm，光照强度为300mW/cm2，光照时间为2h)后，得到不同图案区域分别具有湿度响应性和温度响应性以及计算机设计图案的光子晶体复合膜。湿度响应区域的光子晶体复合膜是由直径为10～40μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酰胺；温度响应区域的光子晶体复合膜由直径为10～50μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒骨架的空隙中填充有由异丙基丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚异丙基丙烯酰胺。所述的光子晶体复合膜，湿度响应区域的光子带隙分布在450nm，随湿度从20％到100％变化，光子带隙从450nm到650nm变化，光子带隙发生200nm的红移；温度响应区域的光子带隙分布在460nm，随温度从40℃到10℃变化，光子带隙从460nm到600nm变化，光子带隙发生140nm的红移。
构成湿度响应区域光子晶体复合膜的微滴单元的直径为10～40μm，当微滴单元的直径分别为10μm，20μm，40μm时，随环境湿度从20％到100％，微滴单元的响应时间分别为100ms，300ms，600ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随环境湿度从20％到100％，宏观响应的时间为600ms。构成温度响应区域光子晶体复合膜的微滴单元直径为10～50μm，当微滴的直径分别为10μm，30μm，50μm时，随着温度从40℃到10℃变化，微滴单元的响应时间分别为200ms，400ms，700ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随着温度从40℃到10℃变化，宏观响应的时间为700ms。
将上述具有湿度和温度双重响应及图案化的光子晶体复合膜放置在湿度和湿度变化的环境中时，通过所述具有湿度和温度响应的图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境湿度和温度的变化。
实施例12.
在温度40℃，湿度30％下，将市售的粒径为500nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒、响应性功能单体异丙基丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂过硫酸铵、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒的含量为20wt％、响应性功能单体异丙基丙烯酰胺的含量为20wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为5wt％、热引发剂过硫酸铵的含量为5wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为40wt％、余量为水；以及将市售的粒径为600nm的单分散聚苯乙烯乳胶粒、响应性功能单体丙烯酸、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、热引发剂过硫酸钾、高沸点助剂乙二醇和水混合得到混合液，其中，混合液中的单分散聚苯乙烯乳胶粒的含量为20wt％、响应性功能单体丙烯酸的含量为20wt％、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为3wt％、热引发剂过硫酸钾的含量为3wt％、高沸点助剂乙二醇的含量为30wt％、余量为水。
将上述2种混合液分别装于喷头孔径为70μm的喷墨打印机的2个墨盒中，通过喷墨打印机在与水的接触角为90°的聚碳酸酯膜基材上进行打印，并于烘箱中加热(温度为90℃，加热时间为1.5h)后，得到不同图案区域分别具有温度响应性和酸性气体和/或碱性气体响应性以及计算机设计图案的光子晶体复合膜。温度响应区域的光子晶体复合膜是由直径为70～150μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒骨架的空隙中填充有由异丙基丙烯酰胺进行交联聚合后得到的响应性的交联聚异丙基丙烯酰胺；酸性气体和/或碱性气体响应区域的光子晶体复合膜由直径为70～170μm的微滴单元构成，所述的微滴单元是由单分散聚苯乙烯乳胶粒骨架堆砌，且在单分散聚苯乙烯乳胶粒骨架的空隙中填充有由丙烯酸进行交联聚合后得到的响应性的交联聚丙烯酸。所述的光子晶体复合膜，温度响应区域的光子带隙分布在1500nm，随温度从10℃到40℃变化，光子带隙从1500nm到1350nm变化，光子带隙发生150nm的蓝移；酸性气体和/或碱性气体响应区域的光子带隙分布在1700nm，随pH值从3到11变化，光子带隙会从1400nm到1800nm变化，光子带隙发生400nm的红移。
构成温度响应区域光子晶体复合膜的微滴单元的直径为70～150μm，当微滴单元的直径分别为70μm，100μm，150μm时，随环境温度从10℃到40℃变化，微滴单元的响应时间分别为2000ms，300ms，4000ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随环境温度从10℃到40℃变化，宏观响应的时间为4000ms。构成酸性气体和/或碱性气体响应区域光子晶体复合膜的微滴单元直径为70～170μm，当微滴的直径分别为70μm，110μm，170μm时，随着氯化氢气体或氨气的通过，环境pH值从7到3变化或从7到11变化，微滴单元的响应时间分别为3000ms，4000ms，6000ms。微滴单元构成的图案化的光子晶体复合膜，随着氯化氢气体或氨气的通过，环境pH值从7到3变化或从7到11变化，宏观响应的时间为6000ms。
将上述具有温度和酸性气体和/或碱性气体双重响应及图案化的光子晶体复合膜放置在温度和通入氯化氢或氨气气体的环境中时，通过所述具有温度和酸性气体和/或碱性气体响应的图案化的光子晶体复合膜的颜色变化来实时监控环境温度和环境中氯化氢和氨气气体含量的变化。
Claims (11)
1.一种利用喷墨打印技术制备具有超快响应性及图案化的光子晶体复合膜的方法，其特征是：
将由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液分别装于喷墨打印机的不同墨盒中，且每一墨盒中装载的单分散乳胶粒的粒径相同；或
将由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、具有不相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液分别装于喷墨打印机的不同墨盒中，且每一墨盒中装载的是具有相同响应性功能聚合物的单体及相同粒径的单分散乳胶粒；
然后经喷墨打印机对具有浸润性的基材表面进行图案打印、再经光照或加热引发所述的响应性功能聚合物的单体进行交联聚合后，在具有浸润性的基材表面上得到由微滴单元构成的图案化的对湿度响应、对温度响应、对酸性气体响应和/或对碱性气体响应的光子晶体复合膜；所述的微滴单元是由单分散乳胶粒骨架堆砌，且在单分散乳胶粒骨架的空隙中填充有由响应性功能聚合物的单体进行交联聚合后得到的响应性的交联聚合物；
所述的响应性功能聚合物的单体选自对湿度响应的丙烯酰胺、对温度响应的异丙基丙烯酰胺、对酸性气体响应的丙烯酸、对碱性气体响应的丙烯酸中的一种；
所述的高沸点助剂为乙二醇；
所述的具有浸润性的基材为与水的接触角是65～90°的聚合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的经光照引发所述的响应性功能聚合物的单体进行交联聚合的光照条件为用波长为200～400nm的紫外灯作为光源，光照强度为200mW/cm2～1W/cm2；所述的加热引发所述的响应性功能聚合物的单体进行交联聚合的加热温为30～90℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的微滴单元的直径为1～300μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液中的单分散乳胶粒的含量为5～20wt％、响应性功能聚合物的单体的含量为1～20wt％、交联剂的含量为0.1～5wt％、引发剂的含量为0.1～5wt％、高沸点助剂的含量为20～40wt％，余量为水；
所述的由相同粒径或不同粒径的单分散乳胶粒、具有不相同响应性功能聚合物的单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水混合得到的混合液中的单分散乳胶粒的含量为5～20wt％、响应性功能聚合物的单体的含量为1～20wt％、交联剂的含量为0.1～5wt％、引发剂的含量为0.1～5wt％，高沸点助剂的含量为20～40wt％，余量为水。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是：所述的单分散乳胶粒的粒径范围是100～1100nm；
所述的单分散乳胶粒选自单分散聚苯乙烯乳胶粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒、单分散聚丙烯酸乳胶粒、单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)三嵌段共聚物乳胶粒、单分散二氧化钛乳胶粒、单分散二氧化硅乳胶粒中的一种。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是：所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；所述的引发剂为光引发剂或热引发剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮；
所述的热引发剂选自水溶性的过硫酸铵、水溶性的过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐中的一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的聚合物薄膜选自聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜中的一种。
9.一种由权利要求1～8任意一项所述的方法制备得到的具有响应性及图案化的光子晶体复合膜，其特征是：所述的具有响应性及图案化的光子晶体复合膜的光子带隙分布为250～2500nm，由单分散乳胶粒骨架堆砌，且在单分散乳胶粒骨架的空隙中填充有由响应性功能聚合物的单体进行交联聚合后得到的响应性的交联聚合物；
所述的具有响应性及图案化的光子晶体复合膜的响应类型为：对湿度响应、对温度响应、对酸性气体响应和/或对碱性气体响应。
10.根据权利要求9所述的光子晶体复合膜，其特征是：所述的对湿度响应的光子晶体复合膜的响应时间为90ms～6000ms；所述的对温度响应的光子晶体复合膜的响应时间为300ms～7000ms；所述的对酸性气体响应或对碱性气体响应的光子晶体复合膜的响应时间为500ms～9000ms。
11.根据权利要求9或10所述的光子晶体复合膜，其特征是：所述的对湿度响应的湿度范围为：20％～100％；所述的对温度响应的温度范围为：10～40℃；所述的对酸性气体响应的pH范围为：pH为3～7；所述的对碱性气体响应的pH范围为：pH为7～11。
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