本发明属于磁组装纳米材料光子晶体薄膜和重金属离子检测领域，具体涉及一种磁致光子晶体薄膜的制备方法及其可视化检测重金属ni2+的用途。
背景技术：
1、重金属离子ni2+污染会严重危害环境，ni2+在环境中的积累超标会引起接触性皮炎、损害消化系统、刺激呼吸系统、导致神经衰弱甚至引发癌症。通过检测重金属离子ni2+的浓度可以确定环境污染程度，评估人类健康风险，监测环境污染源和治理效果，为制定环境保护政策和法规提供科学依据。
2、目前，重金属离子ni2+的检测主要借助于大型精密仪器，这些仪器具有极高的准确度、灵敏度(即非常低的检测限)，但精密仪器价格昂贵，需要依赖熟练的操作人员操作仪器，检测过程需要制备复杂的样品。导致ni2+检测普适性较差，目前急需一种成本低、方便、直观可读，而且不需要大型设备的ni2+检测方法。
3、磁致光子晶体是由两种及两种以上不同折射率材料周期性排列而成，具有波长选择功能，可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过，且不通过的光被反射。当材料的晶格间距和折射率处于一定的范围时，便能反射可见光区的光线，从而显示出结构色。含硫脲功能共聚物可以吸附ni2+，随着共聚物化学结构的变化，光子材料在水中的功能共聚物层急剧膨胀，渗透的ni2+通过和聚合物层上的共聚物配体螯合，引发聚合物层的大体积收缩，最终导致光子结构的衍射波长发生蓝移，并自动转换为视觉可感知的颜色变化。将两者优势结合起来，发挥磁光子晶体与共聚物共轭重金属离子的优势，从而实现对ni2+的高灵敏度、可视化的选择性检测。
技术实现思路
1、本发明提供了一种磁致光子晶体薄膜的制备方法及其可视化检测重金属ni2+的用途，目的在于通过磁性致光粒子检测ni2+，以降低现有ni2+检测需要依靠大型设备的问题。
2、为此，本发明采用如下技术方案：
3、一种磁致光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
4、1）获取或制备得到fe3o4磁性纳米颗粒，制备时了利用溶剂热法；
5、2）氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒的制备：将步骤1）中fe3o4磁性纳米颗粒与正硅酸乙酯（teos）、液体醇和浓氨水按比例混合，超声条件下进行反应，制备得到氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒；一方面氧化硅包覆可以起到溶液中分散的稳定作用，另一方面作为磁光子晶体材料，在磁场作用下有序排列后具有良好的光反射作用；
6、3）聚合物p(am-atu) 纳米颗粒的制备：将am（丙烯酰胺）、atu（n-烯丙基硫脲）、表面活性剂aot（多库酯钠）、甲苯、aibn（偶氮二异丁腈）先后混合，将热反应液冷凝回流搅拌，反应结束后用乙醇沉淀制得聚合物p(am-atu) 纳米颗粒；共聚物在水中具有较高的溶胀性，从而为ni2+处理时聚合物层的收缩提供足够的空间；
7、4）磁致光子晶体薄膜的制备：取步骤3）制备的聚合物p(am-atu) 纳米颗粒分散液，采用旋涂法制备第一层薄膜；
8、取步骤2）制备的氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒分散液，在第一层薄膜上方采用旋涂法制备第二层薄膜；旋涂结束后立即施加磁场，在磁场作用下使氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒的有序排列；重复该步骤总计制备2～5层薄膜，从而制备得到磁致光子晶体薄膜。
9、进一步地，所述步骤2）中制备的氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒pdi（聚集度指数）<0.1，呈现单分散状态；
10、进一步地，步骤3）中的混合反应步骤如下：
11、1）配制反应溶液
12、将质量比为1:1—5:1的am（丙烯酰胺）和atu（n-烯丙基硫脲）溶于1ml—5ml的去离子水中，形成单体溶液a；
13、将质量5mg—15mg的aibn（偶氮二异丁腈）溶于1ml—5ml的甲苯中，形成溶液b；
14、将1g—5g的aot（多库酯钠）溶于50ml的甲苯溶液中，形成溶液c；
15、2）反应过程
16、溶液c在氮气保护、冷凝回流条件下，加热到50℃—90℃的温度形成热反应液；再将溶液b加入到该热反应液中；最后将溶液a以0. 5ml·min-1—2ml·min-1的速度注射到上述热反应液中并反应0.5h—2h。
17、进一步地，所述步骤3）中制得的聚合物p(am-atu) 纳米颗粒在水中分散的质量浓度为2%—10%。
18、进一步地，所述步骤4）中制备磁致光子晶体薄膜的基底为表面有晶面取向氧化硅层的硅片（<111>、<100>）。
19、进一步地，所述步骤4）中制备得到的磁致光子晶体薄膜为2层—5层，其中第一层为聚合物p(am-atu) 纳米颗粒的分散液，用于提高磁致光子晶体薄膜的结合性；第二层为为氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒的分散液；第三层到第五层依次类推。
20、进一步地，第一层制备中其旋涂仪的转速为2000rpm—5000rpm，时间为20s—80s，在100℃—200℃下干燥1min—5min；第二层其分散液为水、乙醇、乙二醇、聚合物p(am-atu)纳米颗粒的分散液，旋涂仪的转速为1000rpm—4000rpm，时间为20s—80s，在磁场强度为20mt—60mt下固化在3min—10min，100℃—200℃下干燥1min—5min；第三层到第五层的制备条件依次类推。
21、一种磁致光子晶体薄膜可视化快速检测重金属ni2+的方法，包括如下步骤：
22、1）配制不同浓度的ni2+的水溶液，将不同浓度的ni2+水溶液滴加到磁致光子晶体薄膜上，反应时间为1min—20min，观察颜色变化，随着浓度的增加颜色变化趋势为逐渐蓝移；
23、2）利用海阳光学光谱仪测定反射光谱，建立标准曲线，其检测ni2+线性范围为1×10-7mol/l—2×10-1mol/l。
24、本发明的有益效果在于：
25、1.本发明选用单分散（pdi<0.1）氧化硅核壳磁性纳米颗粒作为磁响应光子晶体材料，具有响应速率快、灵敏度高，在外部磁场作用下沿磁场方向快速迁移、自组装排列形成稳定的链状结构的特点。其磁响应带隙可覆盖整个可见光谱，且具有快速、明亮可逆的衍射变化。
26、2.制备了一种含硫脲功能聚合物p(am-atu) ，作为指示水溶液中ni2+的高性价比材料，随着共聚物化学结构的变化，光子材料在水中的功能共聚物层急剧膨胀，引发聚合物层的大体积收缩，最终导致光子结构的衍射波长发生蓝移，并自动转换为视觉可感知的颜色变化，同时ni2+结合和聚合物收缩导致的水的排除改变了折射率，这也对光传感信号有贡献。
27、3.磁性纳米颗粒在一定浓度下有序排列向无序排列的转变，也会导致光子结构的衍射波长发生变化，因此磁光子晶体薄膜中有序排列的磁性纳米颗粒在溶液中逐渐无序化，会使颜色发生变化，将功能聚合物和磁性纳米颗粒相结合，使反射颜色发生更加明显的变化。
28、4.本发明通过磁致光子晶体薄膜的反应颜色不同来指示不同浓度的ni2+，通过肉眼可判断是否超标，不必借助任何仪器，因此检测成本低，操作简便，并建立了高灵敏、低成本、简便检测ni2+的方法。
1.一种磁致光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁致光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中制备的氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒pdi（聚集度指数）<0.1，呈现单分散状态。
3.根据权利要求1所述的磁致光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中的混合反应步骤如下：
4.根据权利要求1所述的磁致光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中制得的聚合物p(am-atu) 纳米颗粒在水中分散的质量浓度为2%—10%。
5.根据权利要求1所述的磁致光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中制备磁致光子晶体薄膜的基底为表面有晶面取向氧化硅层的硅片（<111>、<100>）。
6.根据权利要求1所述的磁致光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中制备得到的磁致光子晶体薄膜为2层—5层，其中第一层为聚合物p(am-atu) 纳米颗粒的分散液，用于提高磁致光子晶体薄膜的结合性；第二层为为氧化硅核壳结构磁性纳米颗粒的分散液；第三层到第五层依次类推。
7.根据权利要求6所述的磁致光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，第一层制备中其旋涂仪的转速为2000rpm—5000rpm，时间为20s—80s，在100℃—200℃下干燥1min—5min；第二层其分散液为水、乙醇、乙二醇、聚合物p(am-atu) 纳米颗粒的分散液，旋涂仪的转速为1000rpm—4000rpm，时间为20s—80s，在磁场强度为20mt—60mt下固化在3min—10min，100℃—200℃下干燥1min—5min；第三层到第五层的制备条件依次类推。
8.一种利用权利要求1-7任一所述磁致光子晶体薄膜可视化快速检测重金属ni2+的方法，其特征在于，包括如下步骤：
