光子晶体构筑基元的制备和表面修饰

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1、摘要光子晶体是一种介电常数(或折射率)周期性调制的有序结构，其中介质折射率的周期变化对光子的影响与半导体材料中周期性势场对电子的影响相类似。光子晶体的基本特征是具有光子带隙，频率落在带隙中的电磁波是被禁止传播的。这就使得光子晶体具备许多普通光学材料没有的新性质，这些新的性质在集成光学、微波通信、强场光学等领域具有潜在的巨大的实用价值。将亚微米级单分散颗粒实现三维有序聚集组装成胶体晶体是制备光子晶体的方法之一。目前，一般用来组装胶体晶体的材料是Si02。论文的主要创新性结果如下：1．用传统的st6ber方法制备了粒径范围涵盖广(125-1000nm)，相对标

2、准偏差小于5．0％的Si02微球。在不同的反应条件下，主要研究微球形成过程中球的形貌，TEOS的添加，温度和搅拌速度，电解质的添加对于Si02颗粒大小和形貌的影响，根据SEM结果显示，TEOS应充分稀释，并且缓慢滴加。随着反应温度的升高，Si02颗的尺寸显著减小，单分散性明显提高。电解质浓度提高会得到粒径分布较宽的微球，当Ca2+的浓度达N3．3mmol／L时，胶体组分发生絮凝，得到的是絮状物，而非球形颗粒。2．简单浸渍的方法可以将亚甲基蓝附着在硅球的表面，在浸渍之后的洗涤过程中很容易将染料洗去。将硅烷偶联剂处理后改性，可以将KH-570接枝至mJSi02

3、上。以自行制备的单分散Si02微球作为核，以乙醇作溶剂，通过钛酸四丁酯(TBoT)的水解来合成Ti02@：Si02复合微球。用静电法制备Ti02@Si02复合微球中，4．5为最佳pH值，Ti02最容易包覆在Si02表面上，而用TBOT直接包覆法则不容易接枝。关键词：光子晶体；二氧化硅微球；单分散；复合微球AbstractPhotoniccrystalsare3Dstructureswithadielectricconstantthatvarieslargelyandperiodicallywimlatticespacingcomparabletothewa

4、velengthoflight．ThiscreatesaperiodicallyvaryingscaReringpotentialforthelight，givingthematerialopticalpropertiessimilartotheelectricalpropertiesofasemi-conductors．Ithasattractedmuchattentiontotheircapacityformanipulating，confining，andcontrollinglightformanypotentialapplicationsinph

5、otonicsandelectronicsfields．Oneoftheeffectivewaystofabricatephotoniccrystalisthemethodofself-assembly：obtainingcolloidcrystalfromsub—micrometercolloidalspheres．Generallyspeaking，thematerialisthemonodispersesilicaspheres．Thesignificantresultsachievedinthisdissertationgoasfollows：1．

6、ThetraditionalSt6bermethodforthepreparationofmonodispersesilicasphereshasbeenmodifiedandbeenoptimized．Highlyuniformsilicaspheres谢thdiametersrangingfrom125to1000nmandwitllrelativestandarddeviationlessthan5．O％havebeenobtainedbasedonthemodifiedprocess．Theeffectsoftemperature，stirring

7、rate，electrolyteofCaCl2andtherateoftheTEOSadditionintheprocessofthemicrospherulesformationonthediameterandthemonodispersityofsilicasphereshavebeenstudied．ThestudiesshowedthattheTEOSshouldbedilutedenoughandbeaddedslowlyinordertogetmonodispersedspheres．Atlowertemperatureand谢t1111igh

8、stirringrate，oneCangetspheresofla