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.     

带隙可调各向同性蛋白石光子晶体的制备与研究

用旋涂法将聚苯乙烯微球组装成光子晶体,研究了此光子晶体的特点,并分析了在单一微球粒径下旋涂参数对光子带隙的影响.结果表明:旋涂法制备的光子晶体具有各向同性特点,其光子带隙由旋涂参数决定.光子晶体的反射波段取决于乳液中微球的质量分数,而反射强度取决于旋涂层数.因此,在设计光子晶体时,可以根据需要,通过微球的质量分数和旋涂...     

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.     

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.     

一种可精确控制粒径的SiO2微球合成方法

用改进的种子法合成SiO2微球. 微球生长过程中连续缓慢添加正硅酸乙酯,使用动态光散射法实时监控微球粒径的增长过程,调节正硅酸乙酯的添加,实现对粒径的精确控制. 为制备禁带位置位于1000 nm 的光子晶体,合成粒径为446 nm的SiO2微球,微球粒径在4 h内从193 nm 增长到446 nm,远远快于传统种子法,微球粒径与目标粒径偏差为±5 nm. 制得的SiO2微球被组装为光子晶体,其禁带位置恰好位于1000 nm.     

二氧化钛反蛋白石薄膜的制备及其在化学传感器中的应用

用提拉成膜法将单分散295 nm聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球自组装成蛋白石光子晶体膜. 在PMMA蛋白石光子晶体膜的空隙里填充15 nm二氧化钛纳米颗粒, 经500 ℃的处理除去PMMA膜板, 制备出大面积, 结构均一的二氧化钛反蛋白石光子晶体膜. 扫描电子显微镜(SEM)观察和X射线光电能谱(XPS)分析表明, 这种二氧化钛反蛋白石光子晶体薄膜是六方紧密堆积. 用这种二氧化钛反蛋白石光子晶体膜对溶液折射率的检测实验表明该传感膜分辨率可达0.01.     

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.     

石墨烯基光子晶体纤维的制备及性能调控

利用无皂乳液聚合法合成了单分散聚苯乙烯(PS)微球,以通过湿法纺丝自制的石墨烯纤维为基材,利用电泳沉积法在纤维表面沉积PS微球形成光子晶体纤维,通过改变微球粒径来控制纤维的颜色,并利用扫描电子显微镜、光学显微镜、紫外反射光谱和色度分析对光子晶体纤维进行了表征.结果表明,制备得到的PS微球表面光滑,形状规整并以六方密堆积形式在石墨烯纤维表面紧密有序排列,呈现壳芯结构.粒径为198、233和287 nm的PS微球分别得到了蓝、绿、紫红3种颜色的结构色纤维,所得光子晶体纤维的光子禁带分别位于471、547 nm,以及670和398 nm,与其颜色相吻合.采用CIE xy Y色彩空间辨别所得光子晶体纤维颜色,蓝、绿、紫红3种颜色的明度因数分别为:15.96、29.72、3.85,其对应于纯蓝色、纯绿色、纯紫色明度值的44%、63%和32%,说明其具有较高的明度.计算得到蓝色、绿色、紫红色纤维饱和度分别为63%、59%、60%,由此可知3种不同颜色的纤维均具有较高饱和度.     

采用微流注射法在光纤端面制备单层胶体微球薄膜

提出了一种在光纤端面制备单层胶体晶体薄膜的新方法——微流注射法,利用针尖微量注射胶体微球溶液,该方法可以在气/液界面直接形成大面积六角密排的周期纳米球阵列,面积达到平方厘米级别,再利用二维胶体单层膜的可转移性,将薄膜转移至到光纤端面衬底上,形成单层胶体微球有序薄膜.采用扫描电子显微镜和光谱分析仪对样品形貌、结构以及光学特性进行了表征和分析.电子显微镜图像表明,光纤端面的胶体晶体为六角密排阵列结构.透射光谱表明,该结构具有光子晶体的带隙特征,带隙的中心波长约为700和850 nm,与分析软件FDTD Solutions仿真结果相吻合.结合溅射沉积方法,得到了银纳米球壳阵列结构,检验了其局域表面等离子体共振效应(LSPR).对比讨论了溶液浓度、弯月面的形成及注射速度等因素对微流组装胶体微球薄膜质量的影响.     

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.     

聚苯乙烯光子晶体的制备及其在传感中的应用

以基于毛细作用的垂直沉积法将单分散的二氧化硅胶体微球自组装成光子晶体．在二氧化硅光子晶体的多孔结构里填充聚苯乙烯甲苯溶液，经甲苯挥发，通过氢氟酸处理去除二氧化硅模板，制备出精美的聚苯乙烯光子晶体．研究表明：保留了模板有序多孔结构的聚苯乙烯能被用来作为敏感膜，这使得其在基于折射率变化的传感应用中具有潜在的价值．     

胶体晶体自组装排列进展*

自组装排列胶体晶体是发展光子晶体等亚微米周期有序结构及新型光电子器件十分重要的环节.高电荷密度单分散胶体球在较弱的离子强度和稀浓度下会自发排列形成紧密堆积的周期性结构(ccp),常常是面心立方(fcc),科学家们以此为基础发展了多种结晶化胶体粒子的方法,包括重力场沉积、电泳沉积、胶体外延技术、垂直沉积、流通池、物理束缚排列及其他的许多方法.目前排列的胶体粒子基本为球形,材料也多为SiO2、PS、PMMA,此外一些复合粒子,主要为核壳粒子的排列这里也稍作介绍,这些方法及其变通的使用可以形成类蛋白石及反蛋白石结构,最终实现光子带隙及其它多种用途。     

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.     

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.     

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.     

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.     

Tunable optical stop band of silica shell photonic crystals

In this study, optical stop band of three-dimensional silica shell photonic crystals is tuned by adjusting inner diameter and shell thickness of hollow silica spheres. The silica shell photonic crystals are fabricated by sintering crystalline arrays, which are assembled from polystyrene/silica core–shell spheres by an improved vertical deposition method. The inner diameter and the shell thickness are controlled by diameter of polystyrene spheres and concentration of tetraethoxysilane. The results of transmission spectra show that there is an evident red shift of optical stop band as the inner diameter and the shell thickness increase. The red shift of optical stop band is due to variations in the inter-planar spacing and the effective refractive index of silica shell photonic crystals, which result from the variations of the inner diameter and the shell thickness of hollow silica spheres.     

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.     

垂直排列法组装胶体晶体的最新进展

光子晶体是一种具有光子带隙的新型功能材料.利用胶体粒子自组装三维光子晶体由于其制备过程比较经济、简单,从而为很多人所关注.目前报道的方法已有多种.其中垂直排列法的简便易行使得其受到了广泛的研究,但另一方面这种方法本身的缺点也限制了它的使用范围.针对这种情况,很多研究机构提出了他们的改进方法.本文简要概述了在这一方面的最新进展,并且在本实验室已能够制备任意单分散、均一尺寸二氧化硅粒子的基础上,采用恒温快速蒸发自组装法得到了高质量的胶体晶体排列.