软性热响应微凝胶光子晶体中的流固转变

微凝胶常被讨论为非常适合的软胶体模型体系。与刚性球体不同，微凝胶的体积以及随之而来的分散体系中的体积分数可通过外部刺激调控。这种行为在高堆积密度下尤为有趣，对于热响应微凝胶而言，相变可由温度等外部触发因素诱导。然而，一个挑战在于确定这些可变形软物体所占据的真实体积，进而确定相变的边界。在此，我们提出以刚性二氧化硅为核、交联热响应聚-N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）为壳，并精心选择壳核尺寸比的核壳微凝胶作为理想模型胶体，用以研究可由毫开尔文温度变化诱导的流固转变。具体而言，我们利用吸收光谱在一系列浓度下确定了结晶与熔化发生的温度范围。从流体态向晶态的缓慢退火产生了在可见光波长范围内具有布拉格峰且线宽极窄的光子晶体。随后利用小角 X 射线散射确认了流体相的结构以及固相中的长程有序、晶体结构与微凝胶体积分数。得益于核与壳的散射对比度及体积比，散射数据可进行形状因子分析，揭示了在体积分数接近并超过硬球堆积极限时的渗透去溶胀现象。