色素摻雜二氧化硅光子晶體的制備研究.pdf

1、本文研究了色素摻雜二氧化硅光子晶體材料，主要以二氧化硅為光子晶體主體，通過光子晶體自身的禁帶光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色;同時，利用色素吸收光子晶體禁帶光外的雜光，實現(xiàn)提高光子晶體的鮮艷度和顏色的單一性。
　　本文用改進的St(o)ber法制備單分散的二氧化硅微球，即在水、氨水以及乙醇的混合體系中將正硅酸乙酯水解-縮合，并調(diào)節(jié)氨水的加入量實現(xiàn)二氧化硅微球粒徑的變化。所得二氧化硅樣品，進行Zeta-sizer粒徑分析和掃描電鏡(SEM)分析，可知得

2、到的二氧化硅是球形微-納米級顆粒，同時，得到的二氧化硅的粒徑均一(PDI＜0.1)且乳液的穩(wěn)定性較高(Zeta＜-30 mV)。
　　二氧化硅類材料的折射率低，使得制備的光子晶體顏色不夠鮮艷。本文通過有機色素來調(diào)節(jié)二氧化硅類材料的顏色鮮艷度，其基本原理是有機色素能夠吸收光子晶體反射光外的的雜光，減少了雜光對反射光的影響。首先，合成了紅、黃、藍、紫四支染料有機色素，并將這些色素與正硅酸乙酯水解-縮合得到一類新型彩色微納結(jié)構(gòu)并進行自組

3、裝。染料有機色素通過質(zhì)譜(MS)、核磁(1H-NMR)、紅外(FT-IR)表征，證明其結(jié)構(gòu)正確。彩色微納結(jié)構(gòu)通過了掃描電鏡(SEM)、紫外(UV-Vis)，彩色微納結(jié)構(gòu)粒徑均一。最后，將制備的彩色微納結(jié)構(gòu)進行了自組裝，組裝后的樣品進行了掃描電鏡(SEM)、可變角反射光譜和數(shù)碼照片表征。樣品的反射率在1％-6％之間，反射率很低;排列無序，顏色不鮮艷。之后，用提拉法制備了一系列有機色素摻入二氧化硅光子晶體，所得樣品進行了掃描電鏡(SEM)、

4、可變角反射光譜和數(shù)碼照片表征。結(jié)果表明，制備的光子晶體顏色單一且鮮艷度高，反射率均在15％以上，實現(xiàn)了局部區(qū)域的有序排列。
　　由于有機色素拼色得到的顏色，只吸收400 nm-650 nm可見光，故選用無機色素炭黑（400 nm-800 nm全吸收）替代拼色色素。提拉法制備炭黑摻雜二氧化硅光子晶體，并對該方法制備光子晶體進行了條件考察，包括:分散劑的選擇、二氧化硅乳液的濃度、提拉次數(shù)、炭黑摻入量。將所得炭黑摻雜的二氧化硅光子晶體進