單分散高分子微球的制備及其自組裝光子晶體結(jié)構(gòu)色.doc

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1、題目：?jiǎn)畏稚⒏叻肿游⑶虻闹苽浼捌渥越M裝光子晶體結(jié)構(gòu)色目錄第一章引言1.1、光子晶體結(jié)構(gòu)……………………………………………………41.2、光子晶體結(jié)構(gòu)色的光學(xué)原理……………………………………41.3、光之晶體結(jié)構(gòu)色的制備原理……………………………………61.5、高分子微球自組裝………………………………………………61.4、無(wú)皂乳液法制備單分散高分子微球模板制備原理……………8第二章單分散高分子微球的制備…………………………………9第三章實(shí)驗(yàn)裝置圖…………………………………………………9第四章樣品表征結(jié)果與數(shù)據(jù)分析………………………………

2、…9第五章表征方法……………………………………………………12第六章結(jié)果與數(shù)據(jù)分析……………………………………………13第七章實(shí)驗(yàn)總結(jié)…………………………………………………17第八章參考文獻(xiàn)…………………………………………………17【摘要】本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)模仿蛋白石結(jié)構(gòu)，并且采用高分子微球自組裝法形成的三維光子晶體，使具有與天然蛋白石相同的立方密堆積結(jié)構(gòu)。研究仿蛋白石結(jié)構(gòu)高分子微球光子晶體的結(jié)構(gòu)與性能?！娟P(guān)鍵詞】無(wú)皂乳液聚合、單分散、高分子微球、光子晶體第一章引言1.1光子晶體結(jié)構(gòu)光子晶體是指具有光子帶隙特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，即頻率

3、落在光子帶隙內(nèi)的電磁波是禁止傳播的，這種結(jié)構(gòu)有時(shí)也稱(chēng)為PBG光子晶體結(jié)構(gòu)，這種新型人工材料即為光子晶體材料。從量子理論角度來(lái)說(shuō)，光是具有量子性質(zhì)的，每一頻率的光對(duì)應(yīng)一定的光子能量。物質(zhì)的原子處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中（即能級(jí)），在通常情況下，它們處于最低能級(jí)，即基態(tài)。當(dāng)各種頻率的光照射到物體上時(shí)，原子中的電子就從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。如果某種頻率的光子的能量恰好等于原子的兩個(gè)能級(jí)的能量差時(shí)，這一光子將被吸收、使原子從低能級(jí)躍遷到高級(jí)能，原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)電子重新回到低能級(jí)即基態(tài)時(shí)，就向外輻射光子，輻射出來(lái)的光子決定了我們看到的物體的顏色

4、。多數(shù)物體不能將投射到其上的光全部反射出來(lái)，我們看到的只是其中部分反射回來(lái)的光。所有物質(zhì)均應(yīng)符合上述理論，但一類(lèi)物質(zhì)表面上看不符合上述量子理論，如蛋白石，其化學(xué)組成主要為非晶二氧化硅，該物質(zhì)在可見(jiàn)光內(nèi)幾乎沒(méi)有吸收，光應(yīng)透過(guò)，而其表現(xiàn)出了各種顏色。其實(shí)，蛋白石結(jié)構(gòu)是符合量子理論的，但是蛋白石具有一種由二氧化硅微球呈六方最緊密堆積的有序結(jié)構(gòu)，該有序周期性結(jié)構(gòu)對(duì)可見(jiàn)光的衍射造成了貴蛋白石的具有顏色現(xiàn)象，稱(chēng)這種結(jié)構(gòu)為光子晶體結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)將模仿蛋白石結(jié)構(gòu)，采用高分子微球自組裝法形成的三維光子晶體，使具有與天然蛋白石相同的立方密堆積結(jié)構(gòu)。1.2光

5、子晶體結(jié)構(gòu)色的光學(xué)原理光子晶體是由兩種或兩種以上的不同折射率的介質(zhì)材料在空間中按一定周期有序排列的人造晶體結(jié)構(gòu)，按照在空間上的分布可以分為一維、二維和三維光子晶體。光子晶體也叫光子帶隙材料，是指具有光子帶隙的周期性介電結(jié)構(gòu)材料。如果將介電常數(shù)不同的介電材料在空間周期性的排列，導(dǎo)致介電常數(shù)的空間周期性，光在其中傳播時(shí)由于布拉格散射，從而形成能帶結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為光子能帶。光子能帶之間可能出現(xiàn)帶隙，能量落在帶隙中的光波不能傳播，即光子帶隙。隨著光子晶體距離的變化，光子晶體對(duì)一定頻率的光產(chǎn)生能帶效應(yīng)，即只有一定頻率的光波會(huì)在光子晶體中完全禁止傳播

6、。光子晶體的最根本的特征是具有光子帶隙，落在帶隙中的光被禁止傳播。Yablonovitch指出：光子晶體可以抑制自發(fā)輻射。光子帶隙使光子晶體可以很好地抑制自發(fā)輻射，自發(fā)輻射的幾率與光子所在頻率的態(tài)的數(shù)目成正比，當(dāng)原子自發(fā)輻射的光頻率正好落在光子帶隙中時(shí)，由于該頻率光子的態(tài)的數(shù)目為零，因此自發(fā)輻射幾率為零，自發(fā)輻射被抑制。反過(guò)來(lái)，光子晶體也可以增強(qiáng)自發(fā)輻射，只要增加該頻率光子的態(tài)的數(shù)目就可以實(shí)現(xiàn)。光子帶隙可分為完全帶隙和不完全帶隙。光在整個(gè)空間的所有方向上都有帶隙，并且每個(gè)方向上的帶隙能相互重疊，稱(chēng)為完全帶隙；只在特定的方向上有帶隙的稱(chēng)

7、為不完全帶隙。光子晶體的另一特征是光子局域，如果在光子晶體中引入雜質(zhì)或者缺陷時(shí)，頻率處于缺陷態(tài)的光子只能存在于缺陷位置，一旦光子偏離缺陷位置其能量將會(huì)迅速衰減。光子晶體中有點(diǎn)缺陷和線(xiàn)缺陷。當(dāng)光子通過(guò)線(xiàn)缺陷時(shí)，被局限在線(xiàn)缺陷的位置，只能沿線(xiàn)缺陷的方向傳播，可以做成光波導(dǎo)。而當(dāng)光子通過(guò)點(diǎn)缺陷時(shí)，光子被“俘獲”在某一個(gè)特定的位置，光就無(wú)法從任何一個(gè)方向向外傳播，相當(dāng)于微腔。1.3光之晶體結(jié)構(gòu)色的制備原理按照加工尺寸的不同，光子晶體的制備方法有機(jī)械鉆孔、半導(dǎo)體蝕刻技術(shù)、層狀堆疊、膠體微球的自組裝等[4]。機(jī)械鉆孔是通過(guò)在基體材料上打孔，利用基

8、體材料和空氣穴之間折射率差得到光子晶體。1989年Yablonovitch等用鉆孔的方法在高折射率基底材料中鉆出8000個(gè)球形“空氣原子”組成的面心立方結(jié)構(gòu)，觀(guān)察到光子帶隙開(kāi)始，光子晶體的制備也得到了很大的發(fā)展。該法只能