反蛋白石光子晶体的研究进展

反蛋白石晶体是一类重要的光子晶体,由于其制备材料的广泛性以及容易实现对光子禁带的多重调制而受到广泛关注.本文介绍了目前反蛋白石晶体结构的主要制备技术和方法,详细阐述了反蛋白石晶体结构的最新研究进展.     

甲基丙烯酸/丙烯酰胺双单体共聚反蛋白石光子晶体的制备

以烧结后的二氧化硅光子晶体为模板,采用溶胶凝胶法向模板间隙填充以甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AM)为双功能单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂的聚合物前驱液,制备了甲基丙烯酸/丙烯酰胺共聚(PMAM)双单体反蛋白石凝胶光子晶体.通过紫外可见光谱分析表明,反蛋白石结构的凝胶膜对pH响应范围在4.0～7.0之间.由于其不受离子强度的影响,除了可以作为pH传感器外,还可以作为金属离子及生物小分子等分子印迹光子晶体传感器的基体膜.     

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.     

HCl/NH_3敏感的卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体荧光传感器

将反蛋白石结构的光子晶体引入到腐蚀性气体检测体系,制备得到卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体(TPP-SiO_2IOPCs)荧光传感器。相对于空白样,TPP-SiO_2IOPCs传感器实现了氯化氢(HCl)气体检测信号200倍的增强,这主要归因于反蛋白石型光子晶体的大孔结构和慢光子效应。同时,TPP-SiO_2IOPCs传感器对于HCl气体的猝灭效率可达75%,比空白样的提高了25%,而且经HCl气体处理后的传感器通入氨气(NH_3)后,初始的荧光强度几乎完全恢复。在HCl和NH_3条件下进行5个循环后,TPP-SiO_2IOPCs传感器表现出良好的可重复使用性。该研究对于发展高效的荧光传感器提供了新的思路。     

硫化镉反蛋白石光子晶体制备及光解水制氢

对硫化镉反蛋白石结构光子晶体薄膜进行了可控合成,用巯基乙酸修饰的纳米晶和P(St-MMA-SPMAP)高分子小球共组装,成功地构筑了反蛋白石结构并用于可见光光解水产氢。结果表明,在可见光(λ≥420 nm)照射下,Cd S-310反蛋白石结构薄膜的光解水产氢性能比硫化镉纳米颗粒提高了一倍。这主要是因为等级孔结构反蛋白石光子晶体特性对催化剂的光催化性能的提升:首先,反蛋白石的周期性结构增加了光子在材料中的传播,提高了催化剂对太阳光的利用率;同时,大孔孔壁是由纳米颗粒堆积而成的,在反应中提供了更多的反应活性位点;此外,孔结构有利于物质的传输和分子的吸附。     

反蛋白石光子晶体凝胶的pH响应

首先采用Stber方法制备了一系列亚微米级单分散二氧化硅小球,而后通过垂直沉降自组装方法制备了颜色鲜艳的二氧化硅三维有序结构胶体晶体模板,最后再采用模板聚合法在220 nm二氧化硅小球自组装的阵列间隙中共聚甲基丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯,经氢氟酸刻蚀二氧化硅模板后得到多孔有序的反蛋白石光子晶体.当pH值从5升至8时,反蛋白石凝胶光子晶体的反射峰波长从514 nm移动至590 nm,颜色变化显著,从蓝绿色变成红色,突变点为pH=6.5,而且pH响应在100 s左右即可达到平衡.对交联剂用量的研究结果表明,随着交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯用量从4%增加到16%,光子晶体响应pH时的红移量减小.     

官能化反蛋白石结构光子晶体的构筑及对肝素的检测

制备了一种具有反蛋白石结构的光子晶体(IOPCs), 通过聚乙烯亚胺(PEI)实现了对该IOPCs的官能化; PEI官能化的IOPCs与肝素之间具有强静电作用, 从而可利用其对肝素进行特异性检测. 研究结果表明, 随着肝素浓度的增加(0~10 ^-4 mol/L), 官能化IOPCs的布拉格衍射峰最大位移约为40 nm; 肝素浓度的对数与IOPCs的最大衍射波长位移具有良好的线性关系(R ²=0.99905), 检测限为10 ^-10 mol/L. 该IOPCs具有较好的物理和化学稳定性, 且能重复用于肝素的检测, 具有良好的应用前景.     

碳化硅反蛋白石光子晶体的制备及表征

以聚硅乙炔为碳化硅前驱体, 用二氧化硅微球作为模板制备了反蛋白石结构的碳化硅光子晶体, 并对其耐热性进行了初步评价. 采用扫描电镜和透射电镜等方法对材料的多孔结构进行了表征, 利用X射线衍射对材料进行了物相分析, 并运用热重分析对材料的高温抗氧化性进行了初步表征. 结果表明, 制得的材料规整有序, 在空气气氛下900 ℃时残重为84%.     

高灵敏比色检测Cu~(2+)的反蛋白石结构光子晶体水凝胶膜

以丙烯酰胺(AM)和N-乙烯基咪唑(NVI)为双功能单体,借助"三明治"结构有效控制前驱液的填充,制备了可特异性识别Cu~(2+)的反蛋白石结构光子晶体水凝胶膜(PCHs).该PCHs具有相互贯通的三维有序大孔结构,可在Cu~(2+)缓冲溶液中快速响应,产生特征的布拉格(Bragg)衍射峰.随着Cu~(2+)浓度的增大(0~10-4mol/L),PCHs的Bragg衍射峰位移66 nm,并伴随着明显的颜色变化(由棕红色逐渐变为黄绿色).此外,PCHs在混合金属盐溶液中仍能实现对Cu~(2+)的特异性识别.PCHs对Cu~(2+)的特异识别性、快速响应及自表达的特点为Cu~(2+)现场快速检测提供了可能.     

Fabrication of BaTiO3 Inverse Opal Photonic Crystal

The colloidal crystal template or opal with a closed-packed face centered cubic (fcc) lattice, was prepared from monodisperse polystyrene (PS) spheres by gravity sedimentation. The template was used for the generation of photonic crystal. The template provided void space for infiltration of liquid precursor composed of titanium butyloxide, barium acetate, ethanol, and acetic acid. The opal composite was hydrolyzed, dried, sintered by heating for completely removing PS spheres to form BaTiO3 photonic crystals with inverse opal structure. The PS spheres were replaced by air spheres, which interconnected each other through the windows on the BaTiO3 wall.So both the BaTiO3 wall and air void constitute continuous phases.     

蛋白石及反蛋白石結構光子晶體

光子晶体是由不同介电常数的材料构成的一种空间周期性结构，它能够在特定方向上禁阻、控制和操纵光子的运动。目前，已制备的光子晶体具有几种不同的结构类型，本文主要综述了蛋白石、反蛋白石结构光子晶体的制备方法及其光子带隙的影响因素。     

反蛋白石结构光催化剂的制备与应用进展

光子晶体是一种具有光子禁带的周期性结构,在一定的波长范围内,光在晶体的某些方向上是不允许传播的;反蛋白石结构作为一种典型的光子晶体结构,具有慢光效应、多次散射效应和放大光子吸收、发射等特性,可以提高催化剂的传质效率、活性中心的曝光率和其集光性能,因此其在光催化领域受到越来越多的关注.我们综述了反蛋白石结构的光学性质;将...     

Controllable Synthesis of Inverse Opal TiO2‐x Photonic Crystals and Their Photoelectric Properties

In this study, inverse opal TiO_2‐x photonic crystals (IO‐TiO_2‐x) have been successfully synthesized by a two‐step calcination. The whole synthesis is safe and feasible. Additionly, the reduction degree and the structure of IO‐TiO_2‐x can be precisely controlled. A series of IO‐TiO_2‐x samples with different reduction degree were prepared and characterized. The TEM images show that the obtained samples possess a 3D‐ordered macroporous inverse opal structure. The reduced Ti atoms/oxygen vacancies were confirmed by Raman and XPS spectroscopy. All IO‐TiO_2‐x samples showed better photoelectric properties than those of common TiO₂ which indicates their great potential to be applied to photoelectric fields. The improvement of photoelectric properties is attributed to the efficient electron‐hole separation efficiency induced by moderately reduced Ti atoms/oxygen vacancies. Meanwhile, the 3D‐ordered macroporous inverse opal structure and the band gap are regulated to “capture” more solar energy. This new approach is proven to be a meaningful method to synthesize high‐performance TiO₂ materials.     

光子晶体薄膜的制备以及在编码载体中的应用

通过将由聚苯乙烯纳米粒子构成的光子晶体膜镶嵌在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜中制备得到了具有PDMS/光子晶体/PDMS夹心结构的可用于多重生物分析的光子晶体编码载体. 用编码载体进行了大肠杆菌3种基因的杂交检测: 以3种光子晶体膜作为编码载体固定核酸探针, 然后在含有荧光标记的目标分子的缓冲液中进行杂交反应. 杂交反应后以光子晶体膜的特征反射谱为核酸编码, 以荧光信号的有无来确定目标分子的存在与否. 实验结果表明PDMS/光子晶体/PDMS夹心结构是一种有效的构建悬浮载体的方法.     

Silole‐Infiltrated Photonic Crystal Films as Effective Fluorescence Sensor for Fe3+ and Hg2+

We develop a highly effective silole‐infiltrated photonic crystal (PC) film fluorescence sensor with high sensitivity, good selectivity and excellent reproducibility for Fe³⁺ and Hg²⁺ ions. Hexaphenylsilole (HPS) infiltrated PCs show amplified fluorescence due to the slow photon effect of PC because the emission wavelength of HPS is at the blue band edge of the selected PC’s stopband. The fluorescence can be quenched significantly by Fe³⁺/Hg²⁺ ions owing to electron transfer between HPS and metal ions. The amplified fluorescence enhances the sensitivity of detection, with a detection limit of 5 nM for Fe³⁺/Hg²⁺ ions. The sensor is negligibly responsive to other metal ions and can easily be reproduced by rinsing with pure water due to the special surface wettability of PC. As a result, a highly effective Fe³⁺/Hg²⁺ ions sensor based on HPS‐infiltrated PC film has been achieved, which will be important for effective and practical detection of heavy metal ions.