基于蝶翅结构的fe3o4材料制备及磁光响应性能研究

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1、申请上海交通大学博士学位论文基于蝶翅结构的Fe3O4材料制备及磁光响应性能研究专业：材料学博士生:彭文红导师：张荻教授朱申敏教授上海交通大学材料科学与工程学院2014年09月万方数据万方数据ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorRESEARCHONSYNTHESISANDMAGNETO-OPTICALPROPERTIESOFMAGNETITEWITHBUTTERFLYWINGSPHOTONICSTRUCTUREMajor:MaterialsScienceC

2、andidate:WenhongPengSupervisor:Prof.DiZhangProf.ShenminZhuSchoolofMaterialsScienceandEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaSeptember,2014万方数据万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式

3、标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据万方数据万方数据上海交通大学博

4、士学位论文摘要摘要磁性材料可对外加磁场做出响应，引起了材料学家的广泛兴趣。光子晶体是指介电常数周期性变化的一类材料，是影响光子运动的规则光学结构。这种影响类似于半导体晶体对电子行为的控制。光子晶体被美国Science杂志列为21世纪六大研究热点之一,具有广阔的应用前景。将光子晶体与磁性材料相结合，科学家们提出了磁性光子晶体的概念。可以通过外界的磁场对磁性光子晶体中的衍射光进行调控，同时周期性的光子晶体结构可增强磁性材料的磁光性能，比如克尔磁光效应，法拉第旋转，这些特性使得其成为了目前磁光功能材料研究的热点。21世纪是信息科技高速发展的时代，人们对于低能耗、高响应、光纤通讯系统

5、，以及高效、持久的信息存储技术的需求日益增加。磁性光子晶体特有的磁-光效应及在磁场下对光可调控性能，可广泛应用于磁光器件中。比如利用克尔磁光效应的磁光存储，利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束的磁光调制器及磁光开关等。在实现低能耗、高响应、无干扰通讯系统和高效、持久的信息存储方面具有广泛的应用前景。然而，现阶段，磁性光子晶体在设计、制备和实际应用中存在着诸多亟需解决的瓶颈问题：合成磁性光子晶体的条件苛刻，工艺复杂繁琐，组装的结构样式仅限于多层膜和蛋白石结构等。自然界在构筑分级结构及利用其对光进行有效的捕获和调控等方面为我们提供了有效借鉴，具有“大自然舞姬”之称的蝴蝶

6、为精细结构构造与光学功能一体化的典范，其分级有序的精细结构及绚丽夺目的光学行为，满足其通讯、防伪、求偶等生存的全部需要，体现出独特的光调控特性。研究发现，蝶翅种类多达十七余万种，涵盖了从一维，二维到三维的多形态跨尺度的精细光学结构，为合成相应的光学结构提供了设计思路和广阔空间。启迪于自然界生物体结构和组分的优化耦合效应，本论文提出以具有的有序分级结构的蝶翅为模板制备新型的磁性光子晶体材料的设想：以蝶翅为模板，采用化学或者物理的转化工艺保留生物模板微纳精细结构的同时，将其成分转化为磁性材料，期望利用生物模板复制的方法，获取难以人工制备的磁性光子晶体材料。本论文系统研究了模板法制

7、备磁性光子晶体过程中的组分的转化，结构复第I页万方数据上海交通大学博士学位论文摘要制的机理；从实验和理论计算两方面证实了生物模板法制备磁性光子晶体的可行性，并揭示了其光学，磁学的响应性能及磁光耦合效应；为磁性光子晶体材料的理论和实验研究提供了新的思路。主要内容如下：一、以蝶翅为基体原位合成纳米四氧化三铁颗粒的研究。选用具有分级光子晶体结构的异型紫斑蝶作为模板，通过化学处理的方法，在其表面增加活性位点。引导磁性材料四氧化三铁纳米颗粒在其表面原位合成,探索了制备四氧化三铁/蝶翅复合功能材料的关键因素。研究了