金属AI薄膜基微池强制沉积胶体光子晶体的制备

强制沉积法是一种利用自组装原理快速沉积胶体晶体有序阵列的模板方法.我们利用微机械刻划法加工金属Al薄膜,Al膜厚控制微粒粒径和聚醚砜膜厚控制层数,成功地制备了用于强制沉积光子晶体的微池装置.为了检验该微池装置的有效性,我们分别测试了不同粒径(224,245和283 nm)单分散聚苯乙烯微球的沉积效果,并且对其中一种微球(283 nm)进行了不同温度的烘干处理,检验了烘干温度对该样品表面形貌和光子带隙中心波长的影响.实验结果表明,该光子晶体呈面心立方结构,内部晶格完整,缺陷较少,带隙中心波长的实验值与计算值符合得较好.此外,烘干处理可以使构成光子晶体的微球发生微观变化,并导致光子带隙中心波长的蓝移.     

金属Al薄膜基微池强制沉积胶体光子晶体的制备

强制沉积法是一种利用自组装原理快速沉积胶体晶体有序阵列的模板方法. 我们利用微机械刻划法加工金属Al薄膜, Al膜厚控制微粒粒径和聚醚砜膜厚控制层数, 成功地制备了用于强制沉积光子晶体的微池装置. 为了检验该微池装置的有效性, 我们分别测试了不同粒径(224, 245和283 nm)单分散聚苯乙烯微球的沉积效果, 并且对其中一种微球(283 nm)进行了不同温度的烘干处理, 检验了烘干温度对该样品表面形貌和光子带隙中心波长的影响. 实验结果表明, 该光子晶体呈面心立方结构, 内部晶格完整, 缺陷较少, 带隙中心波长的实验值与计算值符合得较好. 此外, 烘干处理可以使构成光子晶体的微球发生微观变化, 并导致光子带隙中心波长的蓝移.     

TiO2掺杂调控聚苯乙烯微球折射率及胶体光子晶体结构色

胶体光子晶体由于其可调变的结构色在绿色印刷、印染等领域备受关注,而其光子带隙的宽度和位置由光子晶体的晶格参数(晶面间距,通常受胶体微球尺寸影响)和介质的折射率决定。现有人工胶体光子晶体主要基于SiO_2和高分子(如聚苯乙烯(PS)等)微球的组装制备,由于胶体微球材质种类有限,折射率调控受限,因而目前调控胶体光子晶体结构色主要靠改变胶体微球的尺寸来实现。本文首先制备高折射率(2.6)的TiO_2纳米晶,在乳液聚合制备单分散的PS(折射率1.6)微球过程中,将所制备的TiO_2纳米晶掺杂于PS微球中,通过TiO_2的掺杂量有效调控胶体微球的折射率,进而实现胶体光子晶体的结构色调控。以多色胶体光子晶体微球的水溶液为墨水,采用彩色喷墨打印技术打印了电脑设计的光子晶体彩画。本文发展的光子晶体结构色调控新技术拓展了胶体光子晶体的应用。     

ZnO光子晶体的制备和光学特征

通过制备过程中严格分离晶核的形成和生长两步骤, 成功获取了直径一致的单分散ZnO胶体球, 并通过控制晶核的数量来调节胶体球大小. 利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对其进行了结构和成分表征. 通过加热条件下的重力场自组装, 把ZnO单分散胶体球的浓缩液滴到140 ℃下的各种不同的基底上, 随着溶剂蒸发, 胶体球自组装成光子晶体, 最后测量了光子晶体的光透过率, 胶体球直径为220、250 nm的光子晶体分别具有对应着中心波长为460、540 nm的光子带隙.     

可调制光子晶体的研究现状和展望

可调制光子晶体是一类在外场激励下,可以通过改变晶格参数或折射率来调节自身光子带隙结构的先进光子材料。在对光的操控方面,它比传统的非调制光子晶体表现出更加优异的性能,因此更符合光子器件在应用中的要求。本文对近年来可调制光子晶体的研究进展进行了介绍。     

聚合结晶化胶体阵列结构的压敏光响应性质

制备了由单分散聚苯乙烯微球构成的结晶化胶体阵列结构, 并制备了结晶化胶体阵列聚丙烯酰胺水凝胶薄膜. 通过微区反射光谱研究了其光子带隙位置随外加压力的变化规律. 实验结果表明, 该薄膜在垂直表面方向存在光子带隙, 并在一定载荷范围内带隙波长随外加压力呈可逆线性变化.     

光子晶体的制备及应用

光子晶体（PC）是具有光子带隙的周期性电介质结构，频率落在光子带隙中的光将被禁止传播。本文对光子晶体的能带结构、带隙的产生、制备方法及应用作了简要的介绍，重点介绍了光子晶体的制备技术及其在光电领域中的应用前景。     

胶体自组装法形成光子带隙材料

光子带隙晶体使人们可以有效地控制和操纵光子,但是构建光子晶体,尤其是近红外及可见光区域的光子晶体是一个困难的工作,它对材料提出了很高的要求.本文从化学的角度,利用自组装方法,对胶体晶体和反蛋白石等类光子带隙材料包括半导体、金属、金属氧化物、聚合物、染料等进行较全面的介绍,同时介绍了如何从这些材料获得光子带隙.     

P(St-AM)核壳聚合物微球的制备及其光子晶体膜

采用一步乳液聚合法,调节引发剂用量,制备了不同粒径的具有核壳结构的功能性聚(苯乙烯-丙烯酰胺)乳胶微球.用透射电子显微镜表征了乳胶微球的核壳结构和粒径,所制微球的粒径分别为195,217,234和255 nm.用红外光谱对微球的化学成分进行了表征,证实聚丙烯酰胺已包覆在聚苯乙烯外层.通过竖直沉积自组装法制备了聚合物微球的光子晶体薄膜.扫描电子显微镜表征了所制光子晶体膜的表面形貌,反射和透射光谱表征了光子禁带.结果表明,聚合物微球以面心立方紧密堆积,其(111)面与基底平行;微球粒径不同,光子晶体的光子禁带不同.制备了不同光子禁带的光子晶体,禁带分别位于473,515,574和630 nm,相应的薄膜分别呈蓝色、绿色、黄色和红色,对于光子晶体的拓展和应用具有重要的意义.     

化学响应性光子晶体

光子晶体是一种具有光子带隙结构的周期性电介质材料,如果将响应性材料组装到光子晶体结构中,所形成的光子晶体的带隙结构则对外界环境的变化具有响应性,而被称为响应性光子晶体。响应性光子晶体作为光子晶体的一个新领域,由于其在传感器,生物医学,临床检测等方面的潜在应用,近几年受到广泛关注。根据外界环境的不同,响应性光子晶体可简单分为化学响应性光子晶体、物理响应性光子晶体和生物响应性光子晶体等。本文将对化学响应性光子晶体的国内外研究动态做一简要介绍,重点介绍以下五种化学响应性光子晶体:金属离子响应光子晶体、pH响应光子晶体、氧化还原响应光子晶体、葡萄糖响应光子晶体和光化学响应光子晶体。     

流动控制沉积法制备PMMA叠层光子晶体薄膜及其光学性能研究

采用流动控制沉积法, 通过调控泵速和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球溶液的浓度, 制备出微球排列高度有序且薄膜紧密附着于基底的高质量光子晶体薄膜. 获得了制备高质量PMMA光子晶体薄膜的组装条件范围, 发现在该条件范围内, 当泵速或胶体微球溶液浓度一定时, PMMA光子晶体薄膜的厚度随胶体微球溶液浓度的增加或泵速的降低而增加. 研究了组装条件对PMMA光子晶体薄膜光学性能的影响, 发现光子禁带位置随光子晶体薄膜厚度增加或减少而红移或蓝移. 在此基础上, 控制组装条件得到了不同尺寸微球堆叠而成的叠层光子晶体薄膜, 并研究了其光学性能的变化规律. 结果显示, 叠层光子晶体薄膜的光子禁带峰为各层叠层光子晶体禁带峰的简单叠加, 且峰强度受光入射角方向影响.     

胶体光子晶体的平面介电常数缺陷

为引入特殊的光学性质,通常需要在三维光子晶体中人为可控地引入缺陷.通过改变局部结构单元的尺寸或介电常数,相应地引入给体或受体掺杂,带来不同的缺陷态.以前文献报道的向胶体光子晶体中引入缺陷,常会因为同时引入尺寸和介电常数掺杂,给掺杂性质的界定带来困难.本文中,我们结合对流自组装法和L-B膜法,在实心二氧化硅微球组成的三维光子晶体内引入尺寸相同的二氧化硅空心球(与实心球相比具有不同折光率)组成的单层平面缺陷,或者在空心球晶体内引入实心球缺陷层,构成实心-空心-实心或空心-实心-空心的三明治结构,在不破坏整体晶格的同时,在三维胶体光子晶体中引入单一的平面介电常数缺陷.     

基于胆甾相液晶的可调制光子晶体

将胆甾相液晶填充进胶体晶体内部空隙, 通过胆甾相液晶与胶体晶体的耦合, 构建了一种新型可调制液晶光子晶体. 填充于胶体晶体内部的胆甾相液晶织构呈现典型的手性近晶相(S)特征. 由于胆甾相液晶具有特定的选择性反射, 当胶体晶体的带隙处于胆甾相液晶的反射波长范围之内, 则随着温度的改变, 胶体晶体的带隙与胆甾相液晶的带隙同时发生蓝移. 在一定温度条件下, 胆甾相液晶的带隙将与胶体晶体的带隙发生耦合, 实现了光子晶体带隙在单峰与双峰之间的可逆切换.     

梯度结构胶体光子晶体的制备及光子禁带调节

以改进的对流自组装方法制备层数可控的胶体光子晶体, 并通过各向同性氧等离子体(O₂ Plasma)刻蚀构造出梯度结构, 进一步通过金(Au)及无定形硅(Si)的可控沉积调节梯度结构胶体光子晶体的光子禁带, 并将该梯度结构用于罗丹明B的荧光发射增强.     

Effects of liquid bridge between colloidal spheres and evaporation temperature on fabrication of colloidal multilayers

For the application of colloidal crystal films as "photonic band gap" materials, their domain size and thickness are significant. The substrate withdrawing speed, the colloidal suspension volume fraction, and the colloidal suspension temperature have been studied for the domain size and thickness controls of colloidal crystals in this study. Stable dispersions of monodispersed polystyrene spheres with a diameter of 245 nm were synthesized according to a general emulsion polymerization for colloidal crystal films. By experimental results and the theoretical relationship between the number of layers and other parameters, we could know that the water bridge between colloidal spheres (which is formed by capillary force) influences the number of colloidal crystal layers significantly.     

Optical properties and photonic density of states in one-dimensional and three-dimensional liquid-crystalline photonic crystals

ABSTRACT

Complex optical investigations were performed in one-dimensional (cholesteric) and three-dimensional (Blue Phase II) liquid-crystalline photonic crystals. Spectra of optical transmission and luminescence in the range of the photonic stop band contain information about the local anisotropy, characteristics of the photonic stop band, photonic density of states. We determine the photonic density of states in one-dimensional and three-dimensional liquid-crystalline photonic crystals employing measurements of polarised luminescence. The width of the photonic band gap, density of states and the optical characteristics related to the density of states essentially change with temperature in one-dimensional cholesteric photonic crystal. Drastic transformation of the density of states was found at the transition from one-dimensional to three-dimensional (Blue Phase II) photonic crystal. The results of our investigations demonstrate the possibility to employ the applied method for various types of photonic structures.     

Nanoparticle-mediated epitaxial assembly of colloidal crystals on patterned substrates

We have studied the assembly of 3-D colloidal crystals from binary mixtures of colloidal microspheres and highly charged nanoparticles on flat and epitaxially patterned substrates created by focused ion beam milling. The microspheres were settled onto these substrates from dilute binary mixtures. Laser scanning confocal microscopy was used to directly observe microsphere structural evolution during sedimentation, nanoparticle gelation, and subsequent drying. After microsphere settling, the nanoparticle solution surrounding the colloidal crystal was gelled in situ by introducing ammonia vapor, which increased the pH and enabled drying with minimal microsphere rearrangement. By infilling the dried colloidal crystals with an index-matched fluorescent dye solution, we generated full 3-D reconstructions of their structure including defects as a function of initial suspension composition and pitch of the patterned features. Through proper control over these important parameters, 3-D colloidal crystals were created with low defect densities suitable for use as templates for photonic crystals and photonic band gap materials.     

Tuning of Photonic band gap via combined effect of electric and optical fields in a blue phase liquid crystal composite

ABSTRACT

Blue phase liquid crystals are soft 3D photonic crystals in which the liquid crystal molecules self-assemble to form a cubic structure with lattice spacing of a few hundred nanometers resulting in selective reflection of colours in the visible spectrum. The corresponding wavelength or the ‘photonic band gap’ can be tuned using various external stimuli such as thermal, electric, magnetic and optical fields. Here, we report efficient tuning of photonic band gap by utilising the combination of electric and optical fields in a blue phase liquid crystalline system. The studies indicate that the chirality of the medium has a direct bearing on the direction of the wavelength shift and the extent of the photonic band gap tunability. More importantly, the synergistic effect of the two fields helps in reversible tuning of the band gap.     

改性聚苯乙烯微球的制备及其胶体晶体的组装

采用甲基丙烯酸改性的无皂乳液聚合方法制备了尺寸为210 nm、含羧基的聚苯乙烯(PS)微球，用红外光谱、透射电子显微镜和粒度分析仪对其形状和结构进行分析，结果表明，经甲基丙烯酸改性后得到了表面为高密度电荷的单分散性PS微球.用垂直沉积法快速制备出在较大范围(大于1 cm2)呈现很好有序性的密排结构聚苯乙烯胶体晶体薄膜，其在590 nm波长处存在光子带隙.在电子显微镜下，观察到这种胶体晶体是面心立方(fcc)密排结构.