PS胶晶模板制备及组装SnO,2多孔膜的研究

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1、中文摘要本文采用浸渍一提拉法组装了PS胶体晶阵列，并以此为模板制备了Sn02有序多孔薄膜。分析了胶体晶体的形成机理，讨论了采用浸渍一提拉法组装模板和灌注溶胶的特点，研究了工艺参数对模板组装质量、模板微球层数和多孔薄膜形貌的影响，对PS模板结构和胶晶的光学性能以及Sn02薄膜的晶体结构和光学性能进行了分析与表征。Ps微球在固一液界面的弯月面处进行阵列组装的过程中，吸附力、浮力和毛细管力使微球成核并生长成为密排的胶体晶体。由于弯月区上沿的生长边的快速移动，浸渍一提拉法增大了湿阵列的面积，使溶剂蒸发和乳液流动得到了增强。提高乳液中PS的体积分数可以提高通过乳液流动进行迁移的有效Ps微球的数量。提拉过

2、程中的乳液温度直接影响溶剂的蒸发，进而影响微球的移动，较高的温度导致较快的胶晶生长速度。适当升高温度使PS球有更多的动能找到自由能较低的点阵位置，提高了胶体晶体阵列的质量。较大的提拉速度增强了生长边界上方湿阵列区域的蒸发面积，以及微球向弯月区域的输运，使晶体生长加速。上述各种工艺参数应该配合微球粒径进行选择，以得到完美的胶体晶体。干燥过程中，为了减小内应力对晶体结构的破坏作用，当组装温度为50℃时适宜的干燥方式为20℃空气中水平恒温干燥。使用浸渍一提拉法得到的胶晶薄膜，由于fce(111)面的布拉格衍射作用在白光照射下呈现分光色彩。粒径为305nm、510nm和650nmPS微球的uv．VIS

3、光谱的光学带隙中心位置分别为390nm、678nm和800hm。采用浸渍一提拉法在PS胶晶微球的间隙内填充溶胶时，由于毛细管力和重力的平衡作用，易于实现前驱体溶胶的有效填充，避免了采用垂直灌注法时难以控制所需前驱体量的问题。溶胶浓度是影响多孔结构形成的重要因素，要得到蜂窝状多孔结构，较适宜的溶胶浓度为0．2．0．4mol／L。溶胶浓度的选择应与模板球径协同考虑，以得到规则排列的多孑L结构。Ps球直径和溶胶浓度都会影响多孔结构的孔径。填充锡溶胶的PS胶晶阵列模板经过500。C热处理lh后，除去PS并得到了四方金红石结构的Sn02，晶粒粒径约为lOnm。Sn02多孔薄膜在波长大于440hm时的透射

4、率达到了80％以上，禁带宽度E为3．68eV。关键词：Ps胶体晶体：模板组装；二氧化锡；多孔薄膜；溶胶．凝胶；浸渍．提拉ABSTRACTPolystyrene(PS)spherescolloidcrystalarraywasassembledbydip-drawingmethodandorderedSn02macroporousthinfilmswerefabricatedbyusingthePScolloidcrystalastemplate．TheformingmechanismofcolloidcrystalWasdiscussed；theadvantageofdip—drawingme

5、thodtoassemblePStemplateandfiUSn02solWasexhibited；theinfluenceoffabricatingparametersonthearrayquality,thenumberofspheresandmorphologyofporousfilmsWasstudied；andthestructureandopticalpropertiesofPSarrayandSn02porousfilmswereanalyzed．InthecourseofPSsphere-assemblyinmeniscusatthesolid／liquidinterface，

6、theabsorptionforce，flotageandcapillaryforceareresponsibletothenucleationandgro吼hofcolloidcrystal．Dip—drawingmethodenlargestheevaporationareaofthewetarrayduetothequickermovementofleadingedge，SOthatthesolventevaporationandsolutionfluxareaccelerated．TheincreasingPSvolumefractioninemulsionenhancestheeff

7、ectivespheretransferintothemeniscusbythesolutionflux．Theemulsiontemperatureduringdip—drawingdirectlyimpactsthesolventevaporationandthenPSspheretransfer．Hightemperatureleadstofastercolloidcrystalgrowth