本发明属于水凝胶材料，具体涉及一种具有结构色特征的溶剂响应水凝胶及其制备方法。
背景技术：
1、刺激响应水凝胶是一种“智能”水凝胶，当受到温度、ph、机械外力、溶剂、离子强度等外部环境刺激时，会产生体积、形状、力学性能的可逆性变化，在环境检测、药物输送、柔性传感器等智能材料领域具有广泛的应用前景。溶剂响应水凝胶作为其中一种常见研究类型，能够在不同溶剂的刺激下使水凝胶获得力学性能转变，提升材料的刚度和强度。
2、尽管大多数报道的溶剂响应水凝胶通过溶剂交换获得了力学性能的提升，水凝胶由柔软态变为刚性态，刺激前后弹性模量最大提高数百倍，大大扩展了其应用范围，但是这种刚度的提升并没有达到上千倍的数量级，刚度转变范围存在局限性，限制了溶剂响应水凝胶自身的应用。
3、另一方面，水凝胶只具有力学性能的响应是非常单一的，限制了其应用范围。若将结构色组装单元引入水凝胶，制备具有结构色特征的刺激响应水凝胶，面对溶剂刺激可以同时实现颜色和力学性能的双重响应，可以大大拓宽其在溶剂检测、信息加密等领域的应用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有结构色特征的溶剂响应水凝胶及其制备方法。
2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
3、一种具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，所述方法的步骤为：
4、s1、采用脱脂棉为原料，经过化学处理制备表面带有负电荷的纤维素纳米晶体；
5、s2、将质量分数3wt％～5wt％的具有溶剂刺激响应特性的水凝胶单体和质量分数6wt％～10wt％的所述纤维素纳米晶体分散在质量分数80wt％～90wt％的溶剂中，得到分散液；
6、s3、将质量分数0.01wt％～0.03wt％的交联剂、质量分数0.5wt％～1.2wt％光引发剂和质量分数0.005wt％～0.009wt％黑色纤维材料加入s2得到的分散液中，充分混合均匀得到前驱体溶液；
7、s4、将s3得到的前驱体溶液加热蒸发至一定固含量后在led紫外光照条件下聚合，制备具有结构色特征的水凝胶，再将该水凝胶浸泡在去离子水中，获得状态柔软的水凝胶；
8、s5、将上述状态柔软的水凝胶从去离子水中取出并浸泡在有机溶剂中进行刺激，获得具有结构色特征的溶剂响应水凝胶。
9、而且，所述s1化学处理为酸水解法、酶水解法、tempo氧化法、离子液体法中的一种或几种。
10、而且，所述s1纤维素纳米晶体的负电荷zeta电位为-70～-40mv。
11、而且，所述s1纤维素纳米晶体为磺酸基纤维素纳米晶、羧基纤维素纳米晶、羧甲基纤维素纳米晶中的一种或多种；所述s2水凝胶单体为丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一种或多种；所述s2溶剂为去离子水；所述s3交联剂为n，n-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种；所述s3光引发剂为hmpp1173、hmpp2959、hmpp4265、hmpp500、hmpp819dw中的一种或几种；所述s3黑色纤维材料为碳纳米管、黑色的纤维素纳米纤维、碳纤维的一种或几种。
12、而且，所述s3混合的方式为磁力搅拌、震荡、超声中的一种或几种。
13、而且，所述s4加热蒸发至固含量为50％～70％。
14、而且，所述s4led紫外光照的波长为365nm、395nm、405nm中的一种。
15、而且，所述s5有机溶剂为乙二醇、甲醇、乙醇、正丙醇、丙酮中的一种或几种，所述有机溶剂刺激的时间为5min～12h。
16、一种具有结构色特征的溶剂响应水凝胶，其特征在于：采用所述的方法制备而成。
17、本发明的优点和有益效果为：
18、1、本发明的制备方法简单、高效、环境友好；本发明制得水凝胶分布均匀，同一溶剂刺激下刚度和强度随着刺激时间增加而增加，然后到达一定程度后不变；本发明所述水凝胶溶剂响应后弹性模量为1403～1556mpa，拉伸强度为19.56～21.69mpa。
19、2、本发明通过调节纤维素纳米晶体的含量控制同一溶剂刺激下水凝胶结构色的变化区间，可控溶剂响应所产生的颜色波长变化为410nm～675nm。
20、3、本发明通过采用不同的溶剂刺激也可以控制水凝胶的最大力学性能和颜色波长范围，使水凝胶在特定范围兼具结构色和超强力学性能，大大提高溶剂响应水凝胶的应用能力，使得水凝胶在功能性材料方面有着更广泛的应用前景。
1.一种具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
2.根据权利要求1所述具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述s1化学处理为酸水解法、酶水解法、tempo氧化法、离子液体法中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述s1纤维素纳米晶体的负电荷zeta电位为-70～-40mv。
4.根据权利要求1所述具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述s1纤维素纳米晶体为磺酸基纤维素纳米晶、羧基纤维素纳米晶、羧甲基纤维素纳米晶中的一种或多种；所述s2水凝胶单体为丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一种或多种；所述s2溶剂为去离子水；所述s3交联剂为n，n-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种；所述s3光引发剂为hmpp1173、hmpp2959、hmpp4265、hmpp500、hmpp819dw中的一种或几种；所述s3黑色纤维材料为碳纳米管、黑色的纤维素纳米纤维、碳纤维的一种或几种。
5.根据权利要求1所述具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述s3混合的方式为磁力搅拌、震荡、超声中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述s4加热蒸发至固含量为50％～70％。
7.根据权利要求1所述具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述s4led紫外光照的波长为365nm、395nm、405nm中的一种。
8.根据权利要求1所述具有结构色特征的溶剂响应水凝胶制备方法，其特征在于：所述s5有机溶剂为乙二醇、甲醇、乙醇、正丙醇、丙酮中的一种或几种，所述有机溶剂刺激的时间为5min～12h。
9.一种具有结构色特征的溶剂响应水凝胶，其特征在于：采用如权利要求1～8任意一项所述的方法制备而成。
