二维胶体晶体刻蚀法及其应用

二维胶体晶体刻蚀法合成二维有序纳米颗粒阵列具有操作简单、成本低、易于实现规模化的优点，它可方便地控制纳米颗粒阵列的形态（即颗粒的间距、尺寸、形状甚至成分等），从而实现阵列性质的大范围调制。而二维胶体晶体的合成是这种刻蚀技术的关键，文章着重介绍其形成的基本过程、影响因素及其合成技术；概述胶体晶体刻蚀技术的应用，并对此进行展望。     

基于直接胶体晶体刻蚀技术的高度有序纳米硅阵列的尺寸及形貌控制

以自组装单层胶体小球阵列为掩模，采用直接胶体晶体刻蚀技术在硅表面制备二维有序尺寸可控的纳米结构.在样品制备过程中，首先通过自组装法在硅表面制备了直径200nm的单层聚苯乙烯(PS)胶体小球的二维有序阵列；然后对样品直接进行反应离子刻蚀(RIE)，以氧气为气源，利用氧等离子体对聚苯乙烯小球和对硅的选择性刻蚀作用，通过改变刻蚀时间，制备出不同尺寸的PS胶体小球的有序单层阵列；接着以此二维PS胶体单层膜为掩模，以四氟化碳为气源对样品进行刻蚀；最后去除胶体球后得到二维有序的硅柱阵列.SEM和AFM的测量结果表明：改变氧等离子体对胶体球的刻蚀时间和四氟化碳对硅的刻蚀时间，可以控制硅柱的尺寸以及形貌，而硅柱阵列的周期取决于原始胶体球的直径. 关键词： 胶体晶体刻蚀 纳米硅柱阵列     

基于二维胶体晶体刻蚀法的纳米颗粒阵列

悬浮液中的胶体球在一定条件下能够自组装成二维胶体晶体，以此为掩膜可合成纳米颗粒阵列体系，其颗粒形状、尺寸以及间距等参数易于控制。调整这些参数和相应的介质环境可以实现对颗粒阵列体系性质的有效控制，这也为研究尺寸效应提供了便利，且在一些具有特殊功能的纳米器件方面具有潜在的应用价值。文章重点介绍了这种阵列体系的合成过程、结构形态和性质，并展望了其应用前景。     

SiO_2胶体晶体自组装技术

介绍了垂直沉降法和旋涂法制备SiO2胶体晶体,并对两种方法制备的胶体晶体在宏观形貌、微观结构及光子带隙性质进行了比较。采用改进的Stober法在乙醇介质中合成粒径不同、单分散性较好的SiO2微球,用垂直沉积法和旋涂法制备出有序性较好的密排结构的SiO2胶体晶体。宏观照片表明,用旋涂法制备的SiO2胶体晶体经白光照射出现的光柱呈6次对称,而垂直沉降法制备的胶体晶体表面出现条纹。SEM分析表明,选用不同溶剂在同等旋涂工艺下制备SiO2胶体晶体,用乙醇和乙二醇混合溶液作溶剂制备出的SiO2胶体晶体质量最好。透射光谱表明,垂直沉降法所制备的胶体晶体在(111)方向具有明显的光子带隙性质,而旋涂法制备的胶体晶体则不明显。     

高质量胶体晶体薄膜的快速制备及表征

通过控制温度和湿度，用垂直沉积法（vertical deposition method）快速制备出了可精确控制样品的厚度、在较大范围呈现好的有序性的密排结构的聚苯乙烯（PS）胶体晶体 薄膜.利用透射电子显微镜直观准确地确定了样品为面心（fcc）密排结构.通过控制样品干燥速度和加温处理，胶体颗粒排列更加有序,并且克服了胶体晶体干燥后易碎和在水等溶 剂中容易再分散等缺点，为胶体晶体实际应用创造了条件. 关键词： 胶体晶体薄膜 垂直沉积法 面心密排结构 再分散     

胶体晶体微结构光纤传输特性研究

介绍了胶体晶体微结构光纤的结构, 采用时域有限差分法研究了微结构胶体晶体光纤的传输特性. 建立了该结构的FDTD模型, 计算了其透射谱和不同波长的传输场分布. 搭建了光学系统, 测量了实验制备的胶体晶体微结构光纤的透射谱, 并将其与模拟所得透射谱进行比较, 具有良好的一致性. 胶体晶体微结构光纤的传输场分布结果表明, 胶体晶体在不同波长下改变光纤传输场分布.     

胶体晶体微结构光纤传输特性研究

介绍了胶体晶体微结构光纤的结构, 采用时域有限差分法研究了微结构胶体晶体光纤的传输特性. 建立了该结构的FDTD模型, 计算了其透射谱和不同波长的传输场分布. 搭建了光学系统, 测量了实验制备的胶体晶体微结构光纤的透射谱, 并将其与模拟所得透射谱进行比较, 具有良好的一致性. 胶体晶体微结构光纤的传输场分布结果表明, 胶体晶体在不同波长下改变光纤传输场分布.     

基于光纤-胶体晶体的液体折射率传感实验研究

制备了胶体晶体,并利用胶体晶体的光子带隙对折射率传感进行了实验研究。从理论上分析了胶体晶体光子带隙中心波长的变化与折射率的关系。通过设计模具制备了胶体晶体-光纤结构,用扫描电镜对胶体晶体的表面进行了观察,并测量了胶体晶体的光子带隙的位置。结果表明胶体晶体的光子带隙的测试结果与理论分析相一致。设计了实验装置,利用光纤间的耦合对胶体晶体的光子带隙的变化进行了测试和分析。结果表明SiO2胶体晶体光子带隙的中心波长为1445.5nm,且在不同折射率液体环境下,其中心波长发生移动,能够形成新的传感机理。对胶体晶体在液体传感上的应用进行了探索。     

胶体晶体结晶过程与人造三维周期性集团点阵材料

胶体晶体结晶的物理过程和以胶体晶体为基的三维周期性集团点阵材料的制备是目前实验凝聚态物理的一个热点领域,文章对胶体粒在悬浮液中自组织有序化的物理机制、结构相变与形态的形成和以胶体晶体为基的人造三维周期性点材料作了介绍,无论是从实验上还是理论上看,对胶体体系中发生的自组织有序化的物理机制还有没有给出令人信服的证据和解释。而胶体晶体的制备为具有新异功能的三维周期性集团国材料设计开辟了一条新途径,因而在     

平板电极间胶体晶体在电场作用下的各向同性压缩

用直径 300 nm的聚苯乙烯微球配制不同浓度的胶体晶体溶液, 将其快速注入内表面镀有导电薄膜的玻璃样品池中, 形成 (111) 晶面平行于玻璃表面的面心立方单晶结构. 通过激光衍射Kossel线方法, 研究了不同体积分数的胶体晶体样品 及它们在均匀电场作用下晶体结构的变化. 实验发现, 随着电场强度的增加, 胶体晶体表现为各向同性的压缩. 胶体晶体在恒定电场下始终保持面心立方结构, 晶格常数随着电场强度的增加逐渐减小. 实验结果可用电场力、电流体力学作用力及颗粒间静电斥力共同解释: 电场力使带电微球克服静电斥力并沿电场反方向运动导致晶体压缩, 而由电场力作用引起的电流体力学液流产生的持续推力使垂直于电场平面上的胶体微球相互靠近. 本实验为天宫一号搭载科学实验的地基实验. 关键词： 胶体晶体 Kossel衍射 结构变化     

Fabrication of two-dimensional colloidal arrays

We report the effective fabrication of two-dimensional (2D) arrays of submicron colloidal particles. These colloidal arrays are produced in thin layers of monodisperse colloid suspensions on flat surfaces of solids such as clean glass or cleaved mica. The process of colloid assembling includes two steps, nucleation and growth, similar to those found in crystallization in solution but each of the steps in detail progresses with different mechanisms. The nucleation process is initiated by a special kind of capillary force acting parallel to the surface. The growth is guided by a laminar flow of water to the crystals, which is driven by water evaporation from 2D arrays. What is distinguishable in the 2D assembling is its active nature governed by the forces and flows, making a contrast to the diffusive mechanism in ordinary crystallization. With this two-step mechanism, a domain of hexagonally packed colloidal array can grow with time. A large and uniform film of particle monolayer is, thus, formed in a short period, from several seconds up to several minutes depending on the conditions controlled.     

对流自组装2维胶体晶体成膜趋势和覆盖率

从自组装理论出发, 分析对流自组装2维胶体晶体中空白、条纹区域出现的机理,并在实验上予以验证。通过研究得知, 2维胶体晶体的自组装过程呈现空白、条纹、大面积单层、双层条纹的趋势。从胶体晶体覆盖率的角度出发研究2维胶体晶体的组装参数与质量之间的关系,结果表明:胶体晶体的总覆盖率与基片提拉速度倒数呈线性正比,和粒子体积分数呈反比例函数关系; 受到多种因素的影响,大面积2维胶体晶体总是伴随着一定比例的空白区域和双层区域出现,提拉法所能获得的最大单层覆盖率为95%。     

二氧化硅胶体球自组装光子晶体的研究

光子晶体由于具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性而受到了人们广泛的关注。由于采用胶体颗粒自组装法制备光子晶体制备工艺简单,所需要的费用也较低,因此已成为制备可见光至红外波段三维光子晶体的一种简便有效的方法。采用垂直沉积法制得了三维光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光-近红外分光光度计对其显微结构和光学特性进行了详细的研究。结果表明,自组装薄膜在三维方向上都具有有序结构,其密排面平行于载波片的表面。制备的光子晶体薄膜具有明显的光子带隙特性,带隙中心波长为956nm。研究了带隙中心波长同入射线与密排面法线夹角之间的变化关系,其结果与理论值吻合得很好。     

制备高质量聚苯乙烯微球胶粒晶体的蒸发自组装法

建立了一种组装亚微米级聚苯乙烯微球的方法，称作蒸发自组装法.该方法是在一定温度下 ，聚苯乙烯微球随着分散介质的蒸发在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装的过程.扫描电 子显微镜显示组装体为规则排列的密堆积面心立方结构.研究发现，气-液界面处生成的组装 体强烈地阻碍着分散介质的蒸发，单位时间内消耗的颗粒总数量随组装面积的增大而增加. 通过调整悬浮液的蒸发温度和组装面积，可以有效地控制悬浮液相浓度的变化，从而实现在 相浓度基本不变的情况下组装出高质量的聚苯乙烯胶粒晶体. 关键词： 蒸发自组装法 胶粒晶体 聚苯乙烯微球 三维有序大孔材料     

One-dimensional opal photonic crystals

One-dimensional opals are 1D self-assembled close packed colloidal crystals consisting of monodisperse colloidal globules. Polystyrene globules with sizes in the 1.9–10 μm range sit on a flat substrate and touch two neighbors in diametrally opposite contact points. These opals are quasi-1D photonic crystals. Optical modes, including whispering gallery modes of individual globules, coupled collective modes, and nanojet-induced modes, are visualized in 1D opals.     

Photothermal bleaching of Ca colloids in additively colored CaF2

Cation colloidal particles in additively colored CaF₂ crystals have been bleached with light in the colloidal band. At 360 K the colloid band decreases and a new band in the near i.r. region is created which is probably due to highly coagulated F-centers. At 430 K the colloidal band is destroyed at the same time that a band appears at 383 nm. This band has been tentatively associated to a kind of F-center. Photochromic conversions between colloids and i.r. bands at 360 K and between colloids and 383 nm band at 430 K have been obtained. A mechanism for the bleaching of colloids has been proposed.     

Self‐Organization of Anisotropic and Binary Colloids in Thermo‐Switchable 1D Microconfinement

Anisotropic and binary colloids self‐assemble into a variety of novel supracolloidal structures within the thermo‐switchable confinement of molecular microtubes, achieving structuring at multiple length scales and dimensionalities. The multistage self‐assembly strategy involving hard colloidal particles and a soft supramolecular template is generic for colloids with different geometries and materials as well as their binary mixtures. The colloidal architectures can be controlled by colloid shape, size, and concentration. Colloidal cubes align in chains with face‐to‐face arrangement, whereas rod‐like colloids predominantly self‐organize in end‐to‐end configurations with their long axis parallel with the long axis of the microtubes. The 1D microconfinement imposed on binary mixtures of anisotropic and isotropic colloids further increases the diversity of colloid‐in‐tube structures. In cube–sphere mixtures, cubes may act as additional confiners, locking in colloidal sphere chains, while a “colloidal Morse code” is generated where rods and spheres alternate in the case of rod–sphere mixtures. The versatile confined colloidal superstructures including their thermoresponsive assembly and disassembly are relevant for the development of stimulus–responsive materials where controlled release and encapsulation are desired.     

Recent studies on radiation induced F-center and colloid particle formation in synthetic NaCI and natural rock salt

Radiation induced F-center and Na metal colloid formation have been studied, at temperatures between 100 and 350°C, in melt growth synthetic NaCl crystals and natural rock salt samples, using equipment for making optical measurements during 1–3 MeV electron irradiation. In both types of NaCl the damage formation kinetics are qualitatively similar. However, there are large quantitative differences which depend on irradiation temperature, dose rate, total dose, inherent strain, strain applied prior to irradiation and other factors. Natural rock salt samples from different localities exhibit markedly different radiation induced colloid formation rates. An extrapolation of the current data to the doses expected in radioactive waste depositories indicate that natural salt immediately adjacent to the planned waste canisters could develop between 0.1 and 50 percent colloidal sodium in 50 to 400 years.     

FCC结构胶体光子晶体的制备及其带隙特性测量

基于对光纤传输特性和胶体光子晶体制备方法的研究,提出了用外加电场控制的方法制备光子带隙位于通讯波段的FCC结构的胶体光子晶体,并用光纤系统测试胶体光子晶体的带隙特性.采用RSOFT模拟了胶体光子晶体的带隙,分析了带隙位于通讯波段时所需的胶体微球的基本参量(微球折射率和直径).采用自组装的方法,用步进电机控制玻璃基片向上的拉升速率.速率为5 μm/s,同时外加一电场.用扫描电镜观测胶体晶体的表面形貌,并设计了单模光纤系统测量胶体光子晶体的带隙特性.测试的透射谱线表明胶体光子晶体的带隙中心波长为1552 nm.测试结果和模拟结果具有很好的一致性,误差只有2 nm.