zno光子晶体的自组装可控生长

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1、摘要光子晶体是最近二十年才发展起来的一类新型的材料。光子晶体是由两种或者两种以上介质的周期性排列组成的有序结构的晶体，其最基本特征是具有光子禁带(PhotonicBandGap)，频率处于禁带内的光子将无法传播，就像电子在半导体禁带中受到束缚一样。正如对半导体材料的研究导致电子工业的革命一样，对光子晶体这类新材料的研究将导致光子技术领域的革命，在这场革命中，光子将代替电子作为信息传递的主要载体。光子晶体中光子禁带的发现具有巨大的应用潜力，因此，光子晶体的研究引起了物理、化学、电子、光学等领域科学家的广泛兴趣。当前光子晶体的应用主要集中在光子晶体反射器件、发光二极管、滤波器、光波导、

2、低阈值激光器、光予晶体光纤等方面。光子晶体能否尽快实用化，关键在于光子晶体制备技术的发展。通过近二十年的研究，微波波段、亚毫米和远红外波段的光子晶体的制备工艺已经比较成熟。但近红外到可见光波段的三维光子晶体的制备仍是难点之一。目前多采用Si02、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ZnS等，通过自组装法制成的三维光予晶体，虽然它们在近红外到可见光波段可以产生光子禁带，但由于其折射率对比值较小．以Si02为例为1．5：1，再加上胶体球因排列紧密而占有过大的体积，从而使得禁带宽度很窄。ZnO是一种宽禁带半导体，在可见光范围具有较高的折射率，同时它还具备许多优良的光学性质，极

3、有希望成为新一代自组装光子晶体。目前，国内外关于ZnO光予晶体的报道较少。本文概述了各种制各光子晶体的方法和原理，并综述了光予晶体的最新研究进展。利用胶体自组装法制备了ZnO光子晶体，并通过控制反应温度、溶液A用量、胶体悬浮液的浓度、前处理温度、基片洁净度等因索，可以实现对ZnO光子晶体的可控生长。分别对重力自组装法、滴涂法、旋涂法进行了对比实验，找出各种方法的优缺点。利用透射光谱及反射光谱研究了影响ZnO光子晶体的光子禁带的工艺参数；利用x射线衍射仪分析了ZnO光子晶体的结晶和取向性能；利用荧光分光光度计，研究了不同前处理温度下的ZnO光子晶体的光致发光谱。关键词：自组装，ZnO

4、，胶体球，光子晶体，光禁带ABSTRACTAbstractRecently,photoniccrystals(PCs)haveattractedmuchattentionfrombothfundamentalandpracticalpointsofview,becausenovelphysicalconceptssuchasphotonicbandgap(PBG)havebeentheoreticallypredictedandvariousapplicationsofPCshavebeenproposed．PCsareperiodicdielectricstructuresdes

5、ignedtocontrolthepropagationofelectromagnetic(EM)wavesbydefiningallowedandforbiddenenergybandsinthephotondispersionspectrum．OneofthecharacteristicpropertiesofPCsisthepresenceofaPBGAtthePBGwavelength，propagationofphotonsisinhibitedinsidethePCstructure．Thiscreatesaperiodicallyvaryingscatteringpo

6、tentialforlight,givingthematerialopticalpropeaiessimilartotheelectricalpropertiesofasemiconductor．Thisopensintriguingperspectivesinphotonicapplicationslikeopticalfibersorhighbendinganglewaveguides．However,itisagreatchallengetofabricatethesePCswithaPBGatopticalandnear-infraredfrequencies，andtos

7、howasignificanteffectonthespontaneousemissionrate．Incontrast，chemicalassemblyofordereddielectricsprovidesasimplerandlesscosilyapproachtogeneratinglarge—scalePCs．Thesetechniquesmakeuseofthespontaneousassemblyofsubmicronparticlesintospeci