單分散SiO2膠體微球在基材上構(gòu)筑結(jié)構(gòu)色的應(yīng)用與研究.pdf

1、自從光子晶體的概念被提出以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)光子晶體進(jìn)行了大量的研究，目前光子晶體被運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)光子晶體的特點(diǎn)可知，如果光子晶體的禁帶位于可見(jiàn)光范圍內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的結(jié)構(gòu)色。所以，如果能將光子晶體結(jié)構(gòu)生色這一特性運(yùn)用到紡織領(lǐng)域的染色上面，可以避免傳統(tǒng)紡織染整造成的環(huán)境污染，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)生色的虹彩效應(yīng)，豐富了紡織染整的色系，因此研究光子晶體在紡織品上的構(gòu)筑和應(yīng)用具有重大的意義。
　　本課題包含從理論研究到實(shí)驗(yàn)方案研究等內(nèi)容

2、，針對(duì)該課題本論文進(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究工作：首先，對(duì)三維光子晶體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色這一物理現(xiàn)象進(jìn)行理論計(jì)算分析。本論文采用等體積簡(jiǎn)化的方法，將三維光子晶體簡(jiǎn)化為一維層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行帶隙分析，通過(guò)改變光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)比分析了不同條件下的光譜圖的帶隙特征，這些可以為后面光子晶體膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色分析打下一定的理論基礎(chǔ)；其次，采用溶膠-凝膠法制備SiO2膠體納米小球，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件和反應(yīng)物的比例，制備出粒徑可控，尺寸均一的納米小球；第三，利用前面

3、制備的納米微球，采用垂直自組裝的方法進(jìn)行光子晶體自組裝。先對(duì)不同基材進(jìn)行親水處理，然后在不同的實(shí)驗(yàn)條件下分別在載玻片和PET基片上組裝光子晶體，隨后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了性能分析測(cè)試，確定出最佳實(shí)驗(yàn)條件；最后，在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用最佳實(shí)驗(yàn)條件，在滌綸織物上進(jìn)行光子晶體的自組裝，初步實(shí)現(xiàn)了光子晶體結(jié)構(gòu)色在紡織品上的應(yīng)用。本課題通過(guò)以上研究，得出以下主要結(jié)論：
　　(1)采用等體積法將幾種典型的三維光子晶體晶胞模型簡(jiǎn)化為一維的光子晶體，

4、采用傳輸矩陣法進(jìn)行了帶隙的計(jì)算分析。發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)化后的一維模型與三維晶胞的光譜特征一致，隨著粒徑的增大，光子帶隙向光波較長(zhǎng)的方向移動(dòng)；厚度增大，中心波長(zhǎng)位置不變；并且面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）的一維與三維的光譜圖吻合效果最好。
　　(2)如果要得到不同的結(jié)構(gòu)色，需要控制SiO2膠體球的粒徑。實(shí)驗(yàn)采用溶膠凝膠法制備SiO2膠體球，通過(guò)改變氨水和TEOS的用量比例，成功制備了粒徑從200nm-400nm的膠體納米小球，PDI均小于5％。

5、　　(3)在載玻片和PET基片上采用垂直沉降法成功制備三原色光子晶體結(jié)構(gòu)色。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，發(fā)現(xiàn)溫度在45℃，濃度為1％時(shí)組裝得到的光子晶體結(jié)構(gòu)最好。測(cè)試發(fā)現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有明顯的帶隙出現(xiàn)。改變?nèi)肷浣牵庾泳w的顏色發(fā)生相應(yīng)的變化。
　　(4)在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用最佳的實(shí)驗(yàn)條件，在滌綸織物表面進(jìn)行了光子晶體自組裝，發(fā)現(xiàn)可以產(chǎn)生明顯的結(jié)構(gòu)色，并且在長(zhǎng)絲織物的褶皺處最易進(jìn)行光子晶體自組裝，以此得到了組裝光子晶體的了理論模型。