探析光子晶体材料的制备及其应用

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1、北京化工大学硕士学位论文光子晶体材料的制备及其应用姓名：刘建树申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：毋伟;唐芳琼20070604光子晶体材料的制备及其应用摘要自1987年John和Yablonovitch分别提出光子晶体的概念以来，由于其特殊光学性质使得光子晶体的研究在理论、实验和应用上都获得了迅速发展。现在研究重点集中于构建带隙位于可见光区的全带隙三维光子晶体。其中通过自组装胶体颗粒构建光子晶体是一种简便有效且成本适中的方法。但由于制各技术的限制，早期的研究主要集中在二氧化硅以及聚苯乙烯上面，应用新型胶体颗粒材料作为光子晶体的自组装单元有助于促进

2、光子晶体领域的发展。所以本文的工作主要集中在以下三个方面：(1)综合比较了各种改进的垂直沉降法，其中沸点快速自组装法(IHEISA)的优势较为明显。采用IHEISA法对小于350hm的Si02颗粒进行自组装排列，探索出了较佳的试验参数。SEM观察验证了所得晶体具有FCC结构，其透射峰位置与理论计算结果一致。研究了不同粒径粒子的排列，其透射峰随着粒径增大而红移，与理论计算相吻合。得到了同一尺寸颗粒不同浓度时与光子晶体层数的关系曲线，光谱结果表明晶体透射率随晶体厚度增大而下降。针对胶体晶体的缺陷问题，采用先将颗粒高温煅烧再自组装的方法，得到了含较少缺陷的胶

3、体晶体。此外还利用IHEISA法进行了复式晶体结构的探索研究，取得了比较理想的结果：(2)在传统化学镀方法的基础上，选取可形成较小配离子平衡常数的三乙醇胺络合剂替代氨水，并通过控制三乙醇胺的量，一次可在二氧化硅北京化-[人学硕上学位论文颗粒表面包覆制得均匀致密、高覆盖率的银颗粒层。TEM图像表明：随着三乙醇胺水溶液量的增加，二氧化硅颗粒表面银颗粒的粒径有规律的减小。银层包覆量增加。达到最优化的TEA用量后，TEA的近一步增加不会使得银层质量增加，银颗粒反而变大。UV-VIS吸收光谱表现出金属介电球的等离子共振模式。采用实验室制备的二氧化硅掺银胶体颗粒作

4、为自组装原料，研究了这种新型金属介电光子晶体的热可调性，实验结果表明这种体系的光子晶体相对于纯二氧化硅光子晶体具有更为明显的热可调性，这主要是因为复合颗粒在高温煅烧下内部的金属颗粒会扩散到颗粒表面，从而改变颗粒的界面折射率。最后还研究了在纯二氧化硅光子晶体的空隙中填充金属银。采用化学镀液的填充方法可以较好的实现填充，并且可以通过改变填充时间控制填充量，结果表明随着填充时间的变化，其禁带有规律的红移，证明金属填充量随时间而增大；(3)在乙腈与乙醇混合溶剂体系，通过选择合适的催化剂以及对乙腈相对含量等参数进行调整，制备出了PS@Zr02核壳胶体颗粒。并简单

5、的通过添加不同异丙醇锆用量实现了对核壳颗粒壳层厚度的控制。最后通过高温煅烧得到了Zr02中空球，XRD结果表明高温煅烧去除有机物的同时促使二氧化锆的晶型改变为单斜相。漫反射光谱表明核壳颗粒以及相应中空颗粒粉末的反射率较高，在测量光谱区间内，中空颗粒的反射率高于核壳颗粒。关键词：光子晶体；胶体晶体；自组装；核壳颗粒；ⅡPREPARATIONOFPHoToNlCCRYSTALMATERIALSANDITSAPPLICATIONABSTRACTPhotonicbandgap(PBG)crystalshavereceivedcomiderableattenti

6、onoverthepastdecadesincetheconceptwasfirstproposed(independently)byYablonovichandJohnin1987．Amongnumerousnanofabficationstrategies，theself-assemblyapproachisaverypossiblewaytocreatephotoniccrystalswithcompletephotonicbandgap(CPBG)invisiblewavelengths．Butindecades,silicaandPSsphe

7、ricalcolloidshavebeensynthesizedforphotoniccrystalapplicationsbecalkgeoflimitationoffabricationtechnique．ThepossiblecandidateforcreationforCPBGinvisiblewavelengthsisthecore-shellmaterials．Themainresearchworkintheresearchcallbesummarizedanddemomtratedasfollows：(1)Inthischapter,We

8、didsomeresearchproducingthecolloidalcrystalswit