TiO2光子晶體的光子帶隙及其應(yīng)用

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第20卷第4期2008年4月化學(xué)進(jìn)展PROGRESSINCHEMISTRYV01．20No．4Apr．，2008Ti02光子晶體的光子帶隙及其應(yīng)用李曉菁1喬冠軍H陳杰珞2周熙1(1．西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西安710049；2．西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院西安710049)摘要最近利用Ti02光子晶體控制光子的研究取得了一定進(jìn)展。本文概述了Ti02光子晶體的分類(lèi)、性質(zhì)、制備和應(yīng)用。TiO：光子晶體在反射器件、光電轉(zhuǎn)換、化學(xué)傳感器和光催化等方面應(yīng)用前景廣闊，目前，可見(jiàn)光和近紅外波段的TiO：光子晶體的合成是工作的難點(diǎn)，本文對(duì)今后TiO：光子晶體的

2、研究提出了展望。關(guān)鍵詞光子晶體TiO：光子帶隙蛋白石反蛋白石中圖分類(lèi)號(hào)：0734文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1005．281x(2008)04．0491—08ApplicationonthePhotonicBandGapofTitaniumDioxidePhotonicCrystalsL／Xiaojin91QiaoGuanjun1’ChenJieron92ZhouXi1(1．StateKeyLaboratoryforMechanicalBehaviorofMaterials，Xi’allJiaotongUniversity，Xi’all710049，China；2．S

3、choolofEnergyandPowerEngineering，Xi’allJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)AbstractRecentlytheprogresshasbeenmadeintheareaofcontrollingandmanipulatingphotonwithphotoniccrystaloftitaniumdioxide．Inthispaperphotoniccrystaloftitaniumdioxide，includingsort，properties，fabrication，andapplica

4、tion，arecomprehensivelyreviewed．Photoniccrystaloftitaniumdioxideisthepromisingmaterialforitsapplicationinreflector，photoelectricconversion，chemicalsensorandphotocatalysis．Atpresent，thesynthesisofphotoniecrystaloftitaniumdioxideworkingatnearinfraredandvisiblewavelengthisahardwork．Resea

5、rchfieldofphotoniccrystaloftitaniumdioxideinthefutureisdealtwithinthisreview．Keywordsphotoniccrystals；titaniumdioxide；photonicbandgap；opal；inverseopal1引言1987年Yablonovitch?和John舊。幾乎同時(shí)提出了光子晶體的概念：具有光子帶隙的周期性電介結(jié)構(gòu)。具有光子頻率禁帶(photonicbandgap)的材料稱作光子晶體，光子晶體也叫電磁晶體(electromagneticcrystals)，是由兩種具有

6、不同介電常數(shù)的介質(zhì)組成的復(fù)合材料。自然界里發(fā)現(xiàn)的天然光子晶體不少，如蛋白石(opal)、寶石、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛和海老鼠毛等。蛋白石是一種具有幾百納米空隙、規(guī)整排列的無(wú)定型SiO：結(jié)構(gòu)，具有不完全的較小的帶隙。光子晶體由于光子帶隙的存在，產(chǎn)生了很多全新的性質(zhì)和現(xiàn)象，從而顯示出非常寬廣的發(fā)展和應(yīng)用前收稿：2007年4月，收修改稿：2007年8月*通訊聯(lián)系人e-mail：giqiao@mail．xjtII．edu．VII景‘3一圳。目前TiO：光子晶體已成為材料化學(xué)科學(xué)的研究熱點(diǎn)，發(fā)展迅速‘鏟矧。2Ti02光子晶體的光學(xué)特性TiO：光子晶體最大的特征是光子帶隙。光子晶

7、體中介電常數(shù)的周期性排列產(chǎn)生了一定的勢(shì)場(chǎng)，當(dāng)TiO：和另外一種材料的介電常數(shù)相差足夠大時(shí)，在電介質(zhì)界面上會(huì)出現(xiàn)布拉格散射，產(chǎn)生光子帶隙。能量落在帶隙中的光將不能在晶體中傳播，而是被全部反射出去。兩種介質(zhì)材料的介電常數(shù)比(或折射率比)越大，布拉格散射越強(qiáng)烈，就越有可能出現(xiàn)光子帶隙。萬(wàn)方數(shù)據(jù)化學(xué)進(jìn)展第20卷TiO，光子晶體的另一個(gè)主要特征是光子局域。如果在光子晶體中引入某種程度的缺陷，和缺陷態(tài)頻率吻合的光子被局域在缺陷位置，一旦其偏離缺陷處，光就將迅速衰減。一旦TiO：光子晶體原有的對(duì)稱性被破壞，在光子晶體的禁帶中央就可能出現(xiàn)頻寬極窄的缺陷態(tài)。光子晶體有點(diǎn)缺陷和線缺陷

8、：點(diǎn)缺陷仿