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。     

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.     

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。     

仿生光子晶体纤维的研究进展

光子晶体纤维是由光子晶体结构组成的纤维,具有高饱和度的结构色彩;其结合响应性材料或柔性基质可制备各种传感响应性光子晶体纤维,在可穿戴智能传感设备方面具有应用潜力.自然界中存在许多光子晶体纤维结构,比如雪绒花花瓣的绒毛,撒哈拉沙漠银蚂蚁的毛发,黑嘴喜鹊羽毛等,光子晶体纤维的研究对于取代传统纺织业的化学染料具有重要意义.本综述总结了光子晶体纤维的概念、仿生制备方法、性能及相关应用,并对光子晶体纤维在纺织业和智能传感领域的应用前景进行展望,该综述对于发展光子晶体纤维的制备方法及潜在应用具有重要意义.     

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.     

基于石墨烯光子晶体光纤的流体传感器

与传统的传感器设备阵列相比,由于结构更为简单,具有广泛检测兼容性的光纤系统逐渐成为分布式监测的有力候选者。然而,受工作机制的限制,大多数光纤传感器仍局限于对折射率等物理参数进行探测,一种用于环境化学监测的全光纤分布式传感系统亟待研发。本工作中,我们向化学气相沉积法生长的石墨烯光子晶体光纤(Gr-PCF)中引入了一种化学传感机制。初步结果表明,石墨烯光子晶体光纤可以选择性地检测浓度为ppb级的二氧化氮气体,并在液体中表现出离子敏感性。石墨烯光子晶体光纤与光纤通信系统的波分、时分复用技术结合后,将为实现分布式光学传感环境问题提供巨大的潜力和机会。     

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。     

聚苯乙烯光子晶体高效制备

以苯乙烯单体为原料,采用一步聚合自组装法制备了具有蛋白石结构的聚苯乙烯(PS)光子晶体(1);以1为模板制备了反蛋白石结构的TiO2光子晶体(2)来验证1的有序性;探讨了1的制备机理。1和2的结构和形貌经IR,SEM和TEM表征。讨论了乳化剂SDS的用量对PS微球排列有序性的影响。结果表明,SDS用量在30 mg～74 mg时,PS微球的粒径不断减小,微球排列的有序性受到影响;当SDS用量为52 mg时,PS微球排列的有序性最佳,能够形成蛋白石结构的1;2在大范围内有序排列进一步证明了1的高度有序性。     

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.     

基于聚丙烯酰胺的凝胶光子晶体膜制备及其响应性研究

由单分散聚苯乙烯乳液制备了聚苯乙烯胶体晶体阵列,并采用光引发聚合法用聚丙烯酰胺凝胶成功固定了胶体晶体阵列,制备了在可见光下显示明亮Bragg衍射光的凝胶光子晶体膜(PCCA).该PCCA膜具有优异复水性能和循环使用性能.在浓度5%~30%范围内,乙醇浓度每改变5%,其Bragg衍射峰平均移动超过20 nm;水解后PCCA膜具有良好的p H响应性.随p H值增加,当p H值的范围为2.36~8.15时,其Bragg衍射峰红移;当p H值大于9.6时,其Bragg衍射峰蓝移.而且凝胶光子晶体膜Bragg衍射峰移动对应的颜色变化很容易实现裸眼识别.     

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.     

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%.     

Preparation of Waterproof Organometal Halide Perovskite Photonic Crystal Beads

Herein, we report on an innovative method for the preparation of a series of organometal halide perovskite (OHP) photonic crystal beads with pronounced and tunable photonic stop bands by using self-assembled polystyrene spheres as a mold. After infiltration of the mold with OHP precursor solution and slow drying, the OHPs crystallized in the voids of the polystyrene arrays. By controlling the diameter of the polystyrene spheres, the photonic stop band of the OHPs could be precisely tuned. The overlap between the photonic stop band of the beads and the band gap of the OHPs enhances the light harvesting of the perovskite because of the slow photon effect, which arises from the photonic crystal beads. Moreover, the stability of the composite was greatly enhanced by coating with the transparent polymer PDMS without blocking the light propagation. The coated OHP photonic beads kept their composition even after having been in contact with water for 24 h.     

乙基膦酸分子印迹光子晶体传感器的研究

本研究结合光子晶体与分子印迹技术,制备了一种新颖有机磷毒剂光学传感器——三维分子印迹光子晶体(3D-MIPCs)凝胶膜.采用聚甲基丙烯酸甲酯胶体小球为光子晶体自组装阵列模板,以甲基丙烯酸羟乙酯和N-异丙基丙烯酰胺为混合单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯和N,N-亚甲基双丙烯酰胺为混合交联剂,正辛醇和乙腈混合溶液为溶剂,光聚得到印迹聚合物.该材料对乙基膦酸响应速度快、选择性高,其对目标分子的识别作用会导致衍射光谱图的改变.随着在EPA浓度从0.5 mmol/L增加到1.5 mmol/L的过程中,反射峰强度逐渐降低,降幅达到10％,并伴随明显红移.该材料为乙基膦酸检测提供了新的思路,在神经毒剂检测及监控等领域有应用前景.     

同轴静电纺丝法制备TiN@MnO纤维及其电化学性能研究

本文以钛酸四丁酯和乙酰丙酮锰为起始原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂分别配制高分子溶液. 采用同轴静电纺丝法制备了TiN@MnO前驱体,并经氨气处理得到了具有芯-壳结构的TiN@MnO同轴纤维. 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱(EDX)和物理吸附仪分析、观察和表征TiN@MnO同轴结构纤维,其比表面积达16 m2?g-1. 循环伏安曲线测试(CV)表明,在20 mV?s-1倍率下,TiN@MnO同轴纤维电极比电容保持率为2 mV?s-1倍率下的81%,充分说明TiN和MnO两种组分的协同效应提高了电极的倍率性能.     

碳纳米管纤维的连续制备及高性能化

碳纳米管纤维是一种碳纳米管的宏观聚集体,是由碳纳米管及管束组装而成的连续纱线,具有高强、高韧、高导电等特性,在结构功能一体化复合材料、纤维状能源器件、人工肌肉以及轻质导电线缆等领域具有非常广泛的应用前景。经过近二十年的发展,碳纳米管纤维材料在连续制备技术、高性能化以及应用探索等方面相继取得了突破性的研究进展。本文总结了碳纳米管纤维材料的发展历程,对比介绍了碳纳米管纤维的不同连续制备与组装技术,重点讨论了碳纳米管纤维结构与性能之间的关联规律,并对目前碳纳米管纤维的高性能化方法进行了综述。在此基础上,对碳纳米管纤维材料的发展思路以及未来的应用方向进行了展望。     

硫/碳纤维复合膜的制备及电化学性能

采用热丝化学气相沉积法先在铁箔上沉积了致密的碳纤维膜,后通过加热渗硫法制得硫/碳纤维复合膜,并将其用作锂硫电池正极材料。通过扫描电子显微镜和X射线衍射表征膜的形貌和结构,采用恒流充放电法和阻抗测量法测试复合膜的电化学性能。结果表明,随热丝与铁箔基底间距减小,碳纤维膜致密度先升高后降低;随H2与(Ar+C3H6O)的体积流量比减小,碳纤维膜致密度升高。当丝基距为6 mm,流量比为30/40时,铁箔上沉积了厚度为50μm的致密碳纤维膜,其中碳纤维有良好的垂直取向性和较高结晶度。在硫/碳纤维复合膜正极中,密集的碳纤维形成均匀分布且垂直取向性良好的导电骨架,当电流密度为0.4 mA.cm-2时,硫/碳纤维复合膜正极的初次放电比容量为1 128 mAh.g-1,50次循环后的放电比容量为811 mAh.g-1。