浅析三维有序亚微米结构薄膜材料的制备与光学性质

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1、北京化工大学硕士学位论文三维有序亚微米结构薄膜材料的制备与光学性质姓名：王飞申请学位级别：硕士专业：化学工程与技术指导教师：陈建峰20100531北京化工大学硕士学位论文三维有序亚微米薄膜材料的制备及其光学性质摘要三维有序亚微米薄膜材料是一类厚度在微米级，以亚微米结构为基本单元按照晶体堆积的方式形成的有序结构。由于其周期性的有序结构对于光波的调制，亚微米结构材料可以作为光子晶体实现对于光的屏蔽与反射增强。目前人们已经在纳米微电子、热电子、生物传感等领域开展对于亚微米结构材料的制备和性质的研究。本课题旨在以胶体晶体为起始模板，通过采用不同的填充方法制备出不同材料的有序亚微米结构薄膜

2、并研究部分薄膜材料的光学性能，以期发现在可见光区域能展现三维完全带隙的光子晶体。作为胶体晶体模板的原材料，首先，实验中采用无皂乳液聚合的方法合成单分散度在5％以内，粒径大小为380nm的聚苯乙烯(PS)和250nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)两种亚微米微球。之后，以380nm的聚苯乙烯亚微米微球为单元，在FTO导电玻璃上垂直自组装生长聚苯乙烯胶体晶体薄膜。实验表明，以乙醇为分散相，浓度为0．5％，生长温度为30℃时可获得缺陷较少、排列规则、对玻片黏附性好厚度在4um左右的胶体晶体薄膜。同时，光谱测试显示，该薄膜在400"-"450nm的范围存在光子带隙区。在获得高质量的胶体晶体

3、模板后，以其为模板利用溶胶．凝胶、电化北京化工大学硕士学位论文学沉积和化学聚合三种方法，分别制备出二氧化硅、氧化铝、金属镍、金属银、聚苯胺五种材料的大孔纳米网结构。对于成膜较好的二氧化硅大孔薄膜，其反射增强与透射衰减区在450nm的左右范围。最后，将所制得的二氧化硅大孔纳米网薄膜作为二次模板，采用电化学沉积的方式，获得了颗粒大小均匀、排列整齐有序的银亚微米微球阵列结构。关键词：两步模板法，光子晶体，胶体晶体，大孔纳米网，三维有序结构，薄膜材料H北京化工大学硕士学位论文THREE．DIMENSIONALLYoRDEREDSUB．MICRONSTRUCTURETHINFILMSFAB

4、RICATIONANDTHEIROPTICALPROPERTIESABSTRACTThree·-dimensionallyorderedsub··micronstructurethinfilm,thicknessofwhichwasinmicronrange，consistedofsub—micronunitswhichwereassem—bledintolongdistancelikecrystalstructure．Duetotheinteractionsbetweenlightandtheirperiodicstructure，thesefilmsCallbeusedasp

5、hotoniccrystalstoshieldlightandreinforcereflex．Becauseofthat，recently,manyresearcheswerefocusedontheirpreparationsandpropertiesinnano—micronelectronics，thermalelectronics，biosensorsandSOon．Thisprojectaimedatdiscoveryof3Dfullphotonicbandgapmaterialsthroughcolloidalcrystaltemplateorientedmethod

6、usingavarietyofinfiltratedtechnologies．So，forthepurposeoftheproject，somefilms’opticalpropertiesneededtobeinvestigated．Duringthepreparationprocedure，firstly,astemplatebasesofcolloidalcrystal，polystyreneandsub-micronpolymethylmethacrylatespheresweresynthesizedbyemulsifier-freepolymerization．Res

7、ultsshowedthatpolystyrenesphereshaddiameterof380nm，whilePMMA250nm．Andbothofthesepartilces’deviationswerelessthan5％．III北京化工大学硕士学位论文Secondly,380眦lPSsphereswereassembledintocolloidalcrystalfilmonFTOconductiveslidebyverticaldepositiontechnology．T