光子晶體材料的制備及其應用.pdf

1、自1987年John和Yablonovitch分別提出光子晶體的概念以來，由于其特殊光學性質(zhì)使得光子晶體的研究在理論、實驗和應用上都獲得了迅速發(fā)展?，F(xiàn)在研究重點集中于構(gòu)建帶隙位于可見光區(qū)的全帶隙三維光子晶體。其中通過自組裝膠體顆粒構(gòu)建光子晶體是一種簡便有效且成本適中的方法。但由于制備技術(shù)的限制，早期的研究主要集中在二氧化硅以及聚苯乙烯上面，應用新型膠體顆粒材料作為光子晶體的自組裝單元有助于促進光子晶體領(lǐng)域的發(fā)展。所以本文的工作主要集中在

2、以下三個方面： (1)綜合比較了各種改進的垂直沉降法，其中沸點快速自組裝法(IHEISA)的優(yōu)勢較為明顯。采用IHEISA法對小于350nm的SiO<,2>顆粒進行自組裝排列，探索出了較佳的試驗參數(shù)。SEM觀察驗證了所得晶體具有FCC結(jié)構(gòu)，其透射峰位置與理論計算結(jié)果一致。研究了不同粒徑粒子的排列，其透射峰隨著粒徑增大而紅移，與理論計算相吻合。得到了同一尺寸顆粒不同濃度時與光子晶體層數(shù)的關(guān)系曲線，光譜結(jié)果表明晶體透射率隨晶體厚度增

3、大而下降。針對膠體晶體的缺陷問題，采用先將顆粒高溫煅燒再自組裝的方法，得到了含較少缺陷的膠體晶體。此外還利用IHEISA法進行了復式晶體結(jié)構(gòu)的探索研究，取得了比較理想的結(jié)果； (2)在傳統(tǒng)化學鍍方法的基礎(chǔ)上，選取可形成較小配離子平衡常數(shù)的三乙醇胺絡合劑替代氨水，并通過控制三乙醇胺的量，一次可在二氧化硅顆粒表面包覆制得均勻致密、高覆蓋率的銀顆粒層。TEM圖像表明：隨著三乙醇胺水溶液量的增加，二氧化硅顆粒表面銀顆粒的粒徑有規(guī)律的減小

4、，銀層包覆量增加。達到最優(yōu)化的TEA用量后，TEA的近一步增加不會使得銀層質(zhì)量增加，銀顆粒反而變大。UV—VIS吸收光譜表現(xiàn)出金屬介電球的等離子共振模式。采用實驗室制備的二氧化硅摻銀膠體顆粒作為自組裝原料，研究了這種新型金屬介電光子晶體的熱可調(diào)性，實驗結(jié)果表明這種體系的光子晶體相對于純二氧化硅光子晶體具有更為明顯的熱可調(diào)性，這主要是因為復合顆粒在高溫煅燒下內(nèi)部的金屬顆粒會擴散到顆粒表面，從而改變顆粒的界面折射率。最后還研究了在純二氧化硅

5、光子晶體的空隙中填充金屬銀。采用化學鍍液的填充方法可以較好的實現(xiàn)填充，并且可以通過改變填充時間控制填充量，結(jié)果表明隨著填充時間的變化，其禁帶有規(guī)律的紅移，證明金屬填充量隨時間而增大； (3)在乙腈與乙醇混合溶劑體系，通過選擇合適的催化劑以及對乙腈相對含量等參數(shù)進行調(diào)整，制備出了PS@ZrO<,2>核殼膠體顆粒。并簡單的通過添加不同異丙醇鋯用量實現(xiàn)了對核殼顆粒殼層厚度的控制。最后通過高溫煅燒得到了ZrO<,2>中空球，XRD結(jié)果表