探析光子晶體材料的制備及其應(yīng)用

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1、北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文光子晶體材料的制備及其應(yīng)用姓名：劉建樹(shù)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工藝指導(dǎo)教師：毋偉;唐芳瓊20070604光子晶體材料的制備及其應(yīng)用摘要自1987年John和Yablonovitch分別提出光子晶體的概念以來(lái)，由于其特殊光學(xué)性質(zhì)使得光子晶體的研究在理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用上都獲得了迅速發(fā)展。現(xiàn)在研究重點(diǎn)集中于構(gòu)建帶隙位于可見(jiàn)光區(qū)的全帶隙三維光子晶體。其中通過(guò)自組裝膠體顆粒構(gòu)建光子晶體是一種簡(jiǎn)便有效且成本適中的方法。但由于制各技術(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(yīng)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(jìn)

2、光子晶體領(lǐng)域的發(fā)展。所以本文的工作主要集中在以下三個(gè)方面：(1)綜合比較了各種改進(jìn)的垂直沉降法，其中沸點(diǎn)快速自組裝法(IHEISA)的優(yōu)勢(shì)較為明顯。采用IHEISA法對(duì)小于350hm的Si02顆粒進(jìn)行自組裝排列，探索出了較佳的試驗(yàn)參數(shù)。SEM觀察驗(yàn)證了所得晶體具有FCC結(jié)構(gòu)，其透射峰位置與理論計(jì)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(jì)算相吻合。得到了同一尺寸顆粒不同濃度時(shí)與光子晶體層數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)，光譜結(jié)果表明晶體透射率隨晶體厚度增大而下降。針對(duì)膠體晶體的缺陷問(wèn)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

3、體晶體。此外還利用IHEISA法進(jìn)行了復(fù)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(xué)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(luò)合劑替代氨水，并通過(guò)控制三乙醇胺的量，一次可在二氧化硅北京化-[人學(xué)碩上學(xué)位論文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。銀層包覆量增加。達(dá)到最優(yōu)化的TEA用量后，TEA的近一步增加不會(huì)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(shí)驗(yàn)室制備的二氧化硅摻銀膠體顆粒作

4、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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種體系的光子晶體相對(duì)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?yàn)閺?fù)合顆粒在高溫煅燒下內(nèi)部的金屬顆粒會(huì)擴(kuò)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光子晶體的空隙中填充金屬銀。采用化學(xué)鍍液的填充方法可以較好的實(shí)現(xiàn)填充，并且可以通過(guò)改變填充時(shí)間控制填充量，結(jié)果表明隨著填充時(shí)間的變化，其禁帶有規(guī)律的紅移，證明金屬填充量隨時(shí)間而增大；(3)在乙腈與乙醇混合溶劑體系，通過(guò)選擇合適的催化劑以及對(duì)乙腈相對(duì)含量等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，制備出了PS@Zr02核殼膠體顆粒。并簡(jiǎn)單

5、的通過(guò)添加不同異丙醇鋯用量實(shí)現(xiàn)了對(duì)核殼顆粒殼層厚度的控制。最后通過(guò)高溫煅燒得到了Zr02中空球，XRD結(jié)果表明高溫煅燒去除有機(jī)物的同時(shí)促使二氧化鋯的晶型改變?yōu)閱涡毕?。漫反射光譜表明核殼顆粒以及相應(yīng)中空顆粒粉末的反射率較高，在測(cè)量光譜區(qū)間內(nèi)，中空顆粒的反射率高于核殼顆粒。關(guān)鍵詞：光子晶體；膠體晶體；自組裝；核殼顆粒；ⅡPREPARATIONOFPHoToNlCCRYSTALMATERIALSANDITSAPPLICATIONABSTRACTPhotonicbandgap(PBG)crystalshavereceivedcomiderableattenti

6、onoverthepastdecadesincetheconceptwasfirstproposed(independently)byYablonovichandJohnin1987．Amongnumerousnanofabficationstrategies，theself-assemblyapproachisaverypossiblewaytocreatephotoniccrystalswithcompletephotonicbandgap(CPBG)invisiblewavelengths．Butindecades,silicaandPSsphe

7、ricalcolloidshavebeensynthesizedforphotoniccrystalapplicationsbecalkgeoflimitationoffabricationtechnique．ThepossiblecandidateforcreationforCPBGinvisiblewavelengthsisthecore-shellmaterials．Themainresearchworkintheresearchcallbesummarizedanddemomtratedasfollows：(1)Inthischapter,We

8、didsomeresearchproducingthecolloidalcrystalswit