CN114702731B

CN114702731B - 一种光子晶体薄膜材料及其制备方法和在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用

Info

Publication number: CN114702731B
Application number: CN202210384454.8A
Authority: CN
Inventors: 吴杨; 冯凯; 周峰
Original assignee: Yantai Advanced Materials And Green Manufacturing Shandong Laboratory; Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Yantai Advanced Materials And Green Manufacturing Shandong Laboratory; Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2022-04-13
Filing date: 2022-04-13
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2042-04-13
Also published as: CN114702731A

Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种光子晶体薄膜材料及其制备方法和在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用。本发明提供了一种光子晶体薄膜材料，由包括纤维素纳米晶、聚乙二醇二丙烯酸酯和赤藓糖醇的原料发生紫外光交联反应得到。本发明向纤维素纳米晶中引入聚乙二醇二丙烯酸酯与赤藓糖醇，纤维素纳米晶与聚乙二醇二丙烯酸酯以及赤藓糖醇进行共组装，形成左旋的手性向列型液晶结构，然后经过紫外光交联反应，得到具有鲜艳结构色的光子晶体薄膜材料。由此，本发明提供光子晶体薄膜材料能够实现混合溶剂快速、可视化的定性和定量鉴别。

Description

一种光子晶体薄膜材料及其制备方法和在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种光子晶体薄膜材料及其制备方法和在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用。

背景技术

进入21世纪以来，随着不可再生资源（石油、天然气、煤炭) 的日益枯竭和合成高分子材料对环境造成的严重污染，人类社会对非石油基、生物可降解、对生物和环境安全风险较小的可再生材料的需求不断增加。纤维素作为地球上含量最丰富的天然高分子和可再生材料，自1838年被首次发现以来，以其无毒、高模量、生物相容性好、可生物降解、可再生等独特性能引起了研究者的广泛关注。然而，传统的纤维素虽然在工业生产中占有一席之地，其性能还不能满足现代社会对高性能材料的需求。近年来，随着绿色化学和纳米技术的兴起与发展，纳米纤维素这一新兴的纤维素深加工产品，凭借其生物相容性好、可再生、可降解、机械性能强、长径比大、易于进行表面改性等优点成为学者们的研究重点。

纤维素纳米晶分散液在一定浓度时可以形成左旋的手性向列型液晶结构，经过蒸发诱导自组装，这种液晶结构可以保留在固体薄膜中，显示出鲜艳的结构色。纤维素纳米晶自组装薄膜在传感器、光学器件、制动器、信息加密、防伪等领域具有广泛的应用前景。

同系物类有机溶剂甲醇/乙醇、同分异构体丙醇/异丙醇、卤代烃二氯甲烷/氯仿均为无色透明溶剂，溶剂性质相近，若溶剂标签损坏，难以进行区分。此外，四氢呋喃、丙酮等有机溶剂极易与水进行互溶，难以判断溶剂中是否掺杂少量的水分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光子晶体薄膜材料及其制备方法和在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用。本发明提供的光子晶体薄膜材料能够实现混合溶剂快速、可视化的定性和定量鉴别。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光子晶体薄膜材料，由包括纤维素纳米晶、聚乙二醇二丙烯酸酯和赤藓糖醇的原料发生紫外光交联反应得到。

优选的，所述纤维素纳米晶的长度为250~400 nm，所述纤维素纳米晶的直径为15~30 nm，所述纤维素纳米晶的Zeta电位为-30~-50mV。

优选的，所述纤维素纳米晶与聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(70~95):(5~30)。

优选的，所述赤藓糖醇与所述纤维素纳米晶的质量比为1:(15~24)。

本发明提供了上述技术方案所述的光子晶体薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

将纤维素纳米晶分散液、聚乙二醇二丙烯酸酯、水、光引发剂、赤藓糖醇、二甲基亚砜混合，得到混合料；

在乙醇和水的混合气体的气氛中，将所述混合料干燥成膜，得到自组装薄膜；

将所述自组装薄膜进行紫外光交联反应，得到所述光子晶体薄膜材料。

优选的，所述纤维素纳米晶分散液的质量浓度为1~5 wt%，所述二甲基亚砜与纤维素纳米晶分散液的体积比为(0.01~0.02):1。

本发明提供了上述技术方案所述的光子晶体薄膜材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的光子晶体薄膜材料在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用。

优选的，所述混合溶剂包括相似混合有机溶剂或有机溶剂和水混合溶剂。

优选的，所述相似混合有机溶剂包括同系物混合有机溶剂、同分异构体混合有机溶剂或氯代烃混合有机溶剂。

优选的，所述同系物混合有机溶包括乙醇和甲醇的混合溶剂，所述同分异构体混合有机溶剂包括正丙醇和异丙醇的混合溶剂，所述氯代烃混合有机溶剂包括二氯甲烷和氯仿的混合溶剂。

本发明提供了一种光子晶体薄膜材料，由包括纤维素纳米晶、聚乙二醇二丙烯酸酯和赤藓糖醇的原料发生交联反应得到。本发明向纤维素纳米晶中引入聚乙二醇二丙烯酸酯与赤藓糖醇，纤维素纳米晶自身的特性会自组装形成左旋的手性向列型液晶结构，与聚乙二醇二丙烯酸酯与赤藓糖醇发生交联反应得到的光子晶体薄膜材料仍保留了纤维素纳米晶的手性向列型液晶结构，从而得到具有结构色的光子晶体薄膜材料，而且，光子晶体薄膜材料引入聚乙二醇二丙烯酸酯与赤藓糖醇能够使手性向列型液晶结构更加稳定。根据布拉格衍射公式：l=nPsinθ，光子晶体薄膜材料的反射波长与薄膜材料的平均折射率n和液晶结构螺距P成正比关系。当将光子晶体薄膜材料浸泡至混合溶剂中，由于不同溶剂的平均折射率n不同，同时溶剂分子扩散进入手性向列型液晶结构内部，对光子晶体薄膜形成溶胀作用，如图5所示，改变光子晶体薄膜材料的液晶结构螺距P，由于不同溶剂分子的尺寸不同，从而使不同组成、含量的混合溶剂对光子晶体薄膜材料的液晶结构螺距P的改变程度不同，最终导致光子晶体薄膜材料在不同组成、含量的混合溶剂中具有不同的颜色响应，根据不同颜色响应不仅能够直观可视的分辨出溶剂为纯溶剂还是混合溶剂；而且，根据混合溶剂的不同组分含量具有不同的颜色响应还能够直观可视的定性分辨出混合溶剂中组分含量大小。同时，本发明中经过交联的光子晶体薄膜材料，能够有效避免混合溶剂的充分溶胀对光子晶体薄膜材料的结构造成不可逆的破坏，从而在混合溶剂体系中实现结构和颜色的稳定。由此，本发明提供光子晶体薄膜材料能够实现混合溶剂快速、可视化的定性和定量鉴别。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料的偏光显微镜图像；

图2为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料分别浸泡在甲醇和乙醇、丙醇和异丙醇、二氯甲烷和氯仿中的光学照片以及对应的可见-近红外透射光谱图；

图2-1为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料分别浸泡在乙醇和甲醇的光学照片，图2-1中左侧图为浸泡在乙醇中的光学照片，图2-1中右侧图为浸泡在甲醇中的光学照片；

图2-2为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料分别浸泡在正丙醇和异丙醇的光学照片；图2-2中左侧图为浸泡在异丙醇中的光学照片，图2-2中右侧图为浸泡在正丙醇中的光学照片；

图2-3为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料分别浸泡在二氯甲烷和氯仿的光学照片；图2-2中左侧图为浸泡在二氯甲烷中的光学照片，图2-2中右侧图为浸泡在氯仿中的光学照片；

图3为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料用于定量鉴别乙醇-甲混合溶剂中的光学照片以及对应的可见-近红外透射光谱图；

图3-1本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料用于定量鉴别乙醇-甲混合溶剂中的光学照片；图3-1由左向右依次为甲醇体积含量为0 %、1 %、3 %和4 %的光学照片；

图4为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料用于定量鉴别四氢呋喃和丙酮中掺杂少量的水混合溶剂的光学照片以及对应的可见-近红外透射光谱图；

图4-1本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料用于定量鉴别四氢呋喃中掺杂少量的水混合溶剂的光学照片；图4-1由左向右依次为水含量为0 wt%、1 wt%、2 wt%、4 wt%和6 wt%的光学照片；

图4-2本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料用于定量鉴别丙酮中掺杂少量的水混合溶剂的光学照片；图4-2由左向右依次为水体积含量为0 %、1 %、2 %、4 %和6 %的光学照片；

图5为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜浸泡在溶剂中发生颜色变化的机理图；

图6为本发明对比例1制备的光子晶体薄膜的实物图；

图7为本发明实施例8制备的光子晶体薄膜的实物图。

具体实施方式

在本发明中，如无特殊说明，所用原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

在本发明中，所述纤维素纳米晶的长度优选为250~400 nm，更优选为255~395 nm。

在本发明中，所述纤维素纳米晶的直径优选为15~30 nm，更优选为15.5~38.5 nm。

在本发明中，所述纤维素纳米晶的Zeta电位优选为-30~-50 mV，更优选为-40 mV。

在本发明中，所述纤维素纳米晶与聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比优选为(70~95):(5~30)。

在本发明的具体实施例中，所述纤维素纳米晶与聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比具体优选为95:5、90:10、85:15、80:20、75:25或70:30。

在本发明中，所述赤藓糖醇与所述纤维素纳米晶的质量比优选为1:(15~24)，更优选为1:19。

将纤维素纳米晶分散液、聚乙二醇二丙烯酸酯、水、光引发剂、赤藓糖醇、二甲基亚砜混合（以下称为第一混合），得到混合料；

在乙醇和水的混合溶液的气氛中，将所述混合料干燥成膜，得到自组装薄膜；

将所述自组装薄膜进行光交联反应，得到所述光子晶体薄膜材料。

本发明将纤维素纳米晶分散液、聚乙二醇二丙烯酸酯、水、光引发剂、赤藓糖醇、二甲基亚砜第一混合，得到混合料。

在本发明中，所述纤维素纳米晶分散液的质量浓度优选为1~5 wt%，更优选为3wt%。

在本发明中，所述纤维素纳米晶分散液的制备方法优选包括以下步骤：

将纤维素源与硫酸水溶液混合（以下称为第二混合）发生水解反应，得到所述纤维素纳米晶分散液。

在本发明中，所述纤维素源具体优选为滤纸。

在本发明中，所述硫酸水溶液的质量浓度优选为64~66 wt%，更优选为64.5~65.8wt%。

在本发明中，所述纤维素源的质量与硫酸水溶液的体积之比优选为1g:10mL。

本发明对所述第二混合的具体实施过程没有特殊要求，将所述纤维素源浸渍于所述硫酸水溶液中即可。

在本发明中，所述水解反应的温度优选为45 ℃。

在本发明中，所述水解反应的保温时间优选为45 min。

在本发明中，所述水解反应得到水解反应液，本发明优选对所述水解反应液进行后处理，得到所述纤维素纳米晶分散液。在本发明中，所述后处理优选包括：依次进行稀释、离心、水洗、透析分离和浓缩。在本发明中，所述稀释优选为将所述水解反应液和水混合，所述水优选为超纯水，所述水和所述水解反应液的体积比优选为10:1。本发明优选对稀释后的水解反应液进行离心，本发明对所述离心的具体实施过程没有特殊要求。本发明优选对所述离心的沉淀物进行水洗，在本发明中，所述水洗的次数优选为3次。本发明优选对水洗后的沉淀物装入透析袋中进行透析，所述透析时截留分子量优选为3500 D，所述透析的时间优选为3天。在本发明中，所述透析后得到pH值优选为3~4的透析液，将所述透析液浓缩至质量浓度为1~5 wt%的纤维素纳米晶分散液，在本发明中，所述浓缩的加热温度优选为40℃。

在本发明中，所述纤维素纳米晶分散液中纤维素纳米晶的长度优选为250~400nm，更优选为255~395 nm。

在本发明中，所述纤维素纳米晶分散液中纤维素纳米晶的直径优选为15~30 nm，更优选为15.5~38.5 nm。

在本发明中，所述纤维素纳米晶分散液中纤维素纳米晶的Zeta电位优选为-30~-50 mV，更优选为-40 mV。

在本发明中，所述纤维素纳米晶分散液中纤维素纳米晶与聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比优选为(70~95):(5~30)。

在本发明的具体实施例中，所述纤维素纳米晶分散液中纤维素纳米晶与聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比具体优选为95:5、90:10、85:15、80:20、75:25或70:30。

在本发明中，所述赤藓糖醇与所述纤维素纳米晶分散液中纤维素纳米晶的质量比优选为1:(15~24)，更优选为1:19。

在本发明中，所述光引发剂具体优选为2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。

在本发明中，所述光引发剂与所述聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比优选为1:20。

在本发明中，所述二甲基亚砜与所述纤维素纳米晶分散液的体积比优选为10~20μL:1 mL。

在本发明中，所述第一混合优选包括以下步骤：

将聚乙二醇二丙烯酸酯溶解于水中，形成聚乙二醇二丙烯酸酯溶液；

在避光条件下，将纤维素纳米晶分散液、所述聚乙二醇二丙烯酸酯溶液和光引发剂第三混合，得到第三混合液；

在避光条件下，将第三混合液、赤藓糖醇和二甲基亚砜混合第四混合，得到混合料。

在本发明中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯溶液的质量浓度优选为10 wt%。

在本发明中，所述第三混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌优选为磁力搅拌，所述第三混合的时间优选为0.5 h。

在本发明中，所述第四混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌优选为磁力搅拌，所述第四混合的时间优选为12 h。

得到混合料后，在乙醇和水的混合溶液的气氛中，本发明将所述混合料干燥成膜，得到自组装薄膜。

在本发明中，所述干燥成膜优选在基底表面进行。

在本发明中，所述基底优选为亲水基底或疏水基底，更优选为亲水基底。

在本发明中，所述亲水基底优选为玻璃基底。

在本发明中，所述疏水基底优选为聚苯乙烯基底。

在本发明中，所述干燥之前，本发明优选将所述混合料滴涂成膜。

在本发明中，所述乙醇和水的混合溶液的气氛中所述乙醇和水的体积比优选为60:40。

在本发明中，所述干燥的温度优选为室温。

在本发明中，所述干燥的时间优选为8~48 h，更优选为24 h。

在本发明中，所述干燥时，所述纤维素纳米晶形成左旋的手性向列型液晶结构。

得到自组装薄膜后，本发明将所述自组装薄膜进行光交联反应，得到所述光子晶体薄膜材料。

在本发明中，所述光交联反应优选在紫外光照射条件下进行。

在本发明中，所述紫外光优选由紫外灯发生。

在本发明中，所述光交联反应的时间优选为8 h。

在本发明中，所述光交联反应的温度优选为室温。

本发明通过将纤维素纳米晶与聚乙二醇二丙烯酸酯以及赤藓糖醇进行交联，得到了具有鲜艳结构色的光子晶体薄膜材料。该薄膜材料可以快速、可视化的鉴别甲醇和乙醇、丙醇和异丙醇、二氯甲烷和氯仿等相似有机溶剂；并且可以用来鉴别假酒，对乙醇中掺杂不同含量的甲醇作出不同的颜色响应。此外，还可以鉴别四氢呋喃和丙酮中少量的水。目前基于纤维素纳米晶光子晶体薄膜快速、可视化的鉴别有机溶剂的现有技术较少，本发明在有机溶剂的响应和鉴别领域具有广泛的应用前景，可以被开发成一种绿色环保、快速可视化的有机溶剂检测试纸。

本发明提供了上述技术方案所述的光子晶体薄膜材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的光子晶体薄膜材料在可快速可视化相似混合有机溶剂鉴别中的应用。

在本发明中，所述应用的具体方法优选为：将所述光子晶体薄膜材料浸渍于所述混合有机溶剂中，通过铜颜色相应实现不同混合溶剂中不同溶剂种类的定性和定量鉴别。

在本发明中，所述相似混合有机溶剂优选包括同系物混合有机溶、同分异构体混合有机溶剂或氯代烃混合有机溶剂。

在本发明中，所述同系物混合有机溶剂优选包括乙醇和甲醇的混合溶剂。

在本发明中，采用上述技术方案所述的光子晶体薄膜材料对所述乙醇和甲醇的混合溶剂进行定量鉴别时，所述甲醇和乙醇的体积比优选为0.1~99.9 %，具体优选为1 %、3%、4 %、10 %、30 %、50 %、70 %、90 %。

在本发明中，所述同分异构体混合有机溶剂优选包括正丙醇和异丙醇的混合溶剂。

在本发明中，所述氯代烃混合有机溶剂优选包括二氯甲烷和氯仿的混合溶剂。

本发明提供了上述技术方案所述的光子晶体薄膜材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的光子晶体薄膜材料在可快速可视化有机溶剂和水混合溶剂鉴别中的应用。

在本发明中，所述应用的具体方法优选为：将所述光子晶体薄膜材料浸渍于所述有机溶剂和水混合溶剂中，通过不同的颜色变化响应实现有机溶剂和水混合溶剂中水的定性和定量鉴别。

在本发明中，所述有机溶剂和水混合溶剂优选包括四氢呋喃和水的混合溶剂或丙酮和水的混合溶剂。

在本发明中，采用上述技术方案所述的光子晶体薄膜材料对有机溶剂和水混合溶剂进行定量鉴别时，所述水和有机溶剂的体积比优选为0.1~10wt %，具体优选为1 %、2 %、4%、6 %。

本发明提供的光子晶体薄膜材料的结构色可调：本发明通过改变聚乙二醇二丙烯酸酯与纤维素纳米晶的比例可以得到具有不同结构色的薄膜材料，从而可以更好地发挥有机溶剂响应性能。

本发明提供的光子晶体薄膜材料可以快速、可视化的鉴别同系物（甲醇和乙醇）、同分异构体（丙醇和异丙醇）以及卤代烃（二氯甲烷和氯仿）有机溶剂。

本发明提供的光子晶体薄膜材料可以快速、可视化的鉴别假酒（乙醇中掺杂不同含量的甲醇）。

本发明提供的光子晶体薄膜材料可以快速、可视化的鉴别四氢呋喃和丙酮中掺杂少量的水。

下面结合实施例对本发明提供的一种光子晶体薄膜材料及其制备方法和在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将5 g滤纸剪成指甲盖大小，加入到64 wt%的硫酸溶液中，滤纸与硫酸溶液的比例为1 g:10 mL。在温度为45 ℃条件下的水浴条件下磁力搅拌45 min进行水解反应。水解结束后加入10倍体积的超纯水进行稀释，然后离心水洗三次，转移至截留分子量为3500 D的透析袋中透析三天，得到pH值为3~4的纤维素纳米晶分散液，将纤维素纳米晶分散液置于40℃烘箱中浓缩至纤维素纳米晶分散液的质量浓度为3 wt%。

将3 g质量浓度为3 wt%的纤维素纳米晶分散液与10 wt%的聚乙二醇二丙烯酸酯水溶液混合，加入光引发剂2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，遮光磁力搅拌0.5 h，得到第一分散液；

接着向第一分散液中加入赤藓糖醇，赤藓糖醇与纤维素纳米晶；质量比为5:95，再加45 μL的二甲基亚砜，得到第二分散液，将第二分散液遮光磁力搅拌12 h。其中，纤维素纳米晶分散液、聚乙二醇二丙烯酸酯、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、赤藓糖醇以及二甲基亚砜的添加量如表1所示。

用滴管吸取2 mL第二分散液滴至长×宽为5 cm × 5 cm的玻璃表面，在乙醇和水体积比为60:40 V/V的混合溶液气氛中进行干燥，得到具有鲜艳结构色的光子晶体自组装薄膜；

将自组装薄膜置于紫外灯下照射8 h，发生光交联反应，得到光子晶体薄膜材料。

图1为本实施例制备的光子晶体薄膜的偏光显微镜图像，由图1可以得出：本实施例制备的光子晶体薄膜材料显示出独特的指纹织构。

实施例2~6

实施例2~6以实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：纤维素纳米晶分散液、聚乙二醇二丙烯酸酯、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、赤藓糖醇以及二甲基亚砜的添加量如表1所示。

表1 实施例1~6制备光子晶体薄膜材料过程中各组分的添加量

序号	3 wt.%纤维素纳米晶（g）	10 wt.%聚乙二醇二丙烯酸酯（g）	光引发剂（g）	赤藓糖醇（g）	二甲基亚砜（μL）
						实施例1	3	0.0474	0.0024	0.0047	45
实施例2	3	0.1000	0.0050	0.0047	45
						实施例3	3	0.1588	0.0079	0.0047	45
实施例4	3	0.2250	0.0113	0.0047	45
						实施例5	3	0.3000	0.0150	0.0047	45
实施例6	3	0.3857	0.0193	0.0047	45

实施例7

将5g滤纸剪成指甲盖大小，加入到66 wt%的硫酸溶液中，滤纸与硫酸溶液的比例为1g:17.5 mL。在温度为42 ℃条件下的水浴条件下磁力搅拌45 min进行水解反应。水解结束后加入10倍体积的超纯水进行稀释，然后离心水洗三次，转移至截留分子量为3500 D的透析袋中透析三天，得到pH值为3~4的纤维素纳米晶分散液，将纤维素纳米晶分散液置于40℃烘箱中浓缩至纤维素纳米晶分散液的质量浓度为3 wt%。

将自组装薄膜置于紫外灯下照射8 h，进行光交联反应，得到光子晶体薄膜材料。

实施例8

将5g滤纸剪成指甲盖大小，加入到64 wt%的硫酸溶液中，滤纸与硫酸溶液的比例为1g:10 mL。在温度为45℃条件下的水浴条件下磁力搅拌45 min进行水解反应。水解结束后加入10倍体积的超纯水进行稀释，然后离心水洗三次，转移至截留分子量为3500 D的透析袋中透析三天，得到pH值为3~4的纤维素纳米晶分散液，将纤维素纳米晶分散液置于40℃烘箱中浓缩至纤维素纳米晶分散液的质量浓度为3 wt%。

用滴管吸取3 mL第二分散液转移至直径为3.5 cm的聚苯乙烯培养皿中，在空气中进行自然干燥3~4天，得到具有鲜艳结构色的光子晶体自组装薄膜；

图7为本发明实施例8制备的光子晶体薄膜的实物图，由图7可以得出，本实施例制备的光子晶体薄膜在疏水的聚苯乙烯培养皿表面出现翘边。

对比例1

与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于，制备时不添加二甲基亚砜。图6为本发明对比例1制备的光子晶体薄膜的实物图，由图6可以得出，对比例1制备的光子晶体薄膜出现咖啡环。

对比例2

与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于，不添加赤藓糖醇。本对比例制备得到的子晶体薄膜，结构稳定性差，在测定含有水的混合溶剂时，极易发生溶胀而失去结构色，不能进行有效地颜色响应。

应用例

采用实施例1制备的光子晶体薄膜材料分别浸渍于甲醇和乙醇的混合溶剂、丙醇和异丙醇的混合溶剂或二氯甲烷和氯仿混合溶剂中。图2为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料分别浸泡在甲醇和乙醇、丙醇和异丙醇、二氯甲烷和氯仿中的光学照片以及对应的可见-近红外透射光谱图。由图2、图2-1、图2-2可以得出，实施例制备的光子晶体薄膜材料在甲醇和乙醇、丙醇和异丙醇、二氯甲烷和氯仿中能够实现可视化鉴别。

采用实施例1制备的光子晶体薄膜材料浸渍于不同质量占比的甲醇和乙醇混合溶剂中，其中甲醇和乙醇混合溶剂中甲醇的质量占比分别为0 wt%、1 wt%、3 wt%、4 wt%。图3、图3-1为本发明实施例1制备的光子晶体薄膜材料用于定量鉴别乙醇-甲混合溶剂中的光学照片以及对应的可见-近红外透射光谱图。

采用实施例1制备的光子晶体薄膜材料浸渍于不同体积比的水和丙酮混合溶剂或水和四氢呋喃混合溶剂中，其中水和丙酮混合溶剂或水和四氢呋喃混合溶剂中水的体积比分别为0 %、1 %、2 %、4 %、6 %。采用实施例1制备的光子晶体薄膜材料浸渍于不同体积比的水和四氢呋喃混合溶剂中，其中水和四氢呋喃混合溶剂中水的体积比分别为0 %、1 %、2 %、4 %、6 %。图4、图4-1和图4-2为光子晶体薄膜用于鉴别四氢呋喃和丙酮中掺杂少量的水。随着溶剂中水含量的增加，薄膜的颜色从黄绿色转变为橙红色，最后逐渐接近透明。可见-近红外透射光谱也显示出显著的红移。

图5为光子晶体薄膜浸泡在有机溶剂中发生颜色变化的机理图。有机溶剂进入到光子晶体薄膜内部手性向列型液晶结构中，引起螺距的增大。

而且，本发明实施例制备的光子晶体薄膜结构稳定，能够重复多次使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种光子晶体薄膜材料，其特征在于，由包括纤维素纳米晶、聚乙二醇二丙烯酸酯和赤藓糖醇的原料发生紫外光交联反应得到；所述纤维素纳米晶与所述聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(70~95):(5~30)；所述赤藓糖醇与所述纤维素纳米晶的质量比为1:(15~24)。

2.根据权利要求1所述的光子晶体薄膜材料，其特征在于，所述纤维素纳米晶的长度为250~400 nm，所述纤维素纳米晶的直径为15~30 nm，所述纤维素纳米晶的Zeta电位为-30~-50 mV。

3.权利要求1或2所述的光子晶体薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶分散液的质量浓度为1~5wt %，所述二甲基亚砜与纤维素纳米晶分散液的体积比为(0.01~0.02):1。

5.权利要求1或2所述的光子晶体薄膜材料或权利要求3或4所述的制备方法制备得到的光子晶体薄膜材料在可快速可视化混合溶剂鉴别中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述混合溶剂包括相似混合有机溶剂或有机溶剂和水混合溶剂。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述相似混合有机溶剂包括同系物混合有机溶剂、同分异构体混合有机溶剂或氯代烃混合有机溶剂。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述同系物混合有机溶包括乙醇和甲醇的混合溶剂，所述同分异构体混合有机溶剂包括正丙醇和异丙醇的混合溶剂，所述氯代烃混合有机溶剂包括二氯甲烷和氯仿的混合溶剂。