圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的制备及其光学性质

研究了在圆柱曲面基底上自组装空心和实心的圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的方法. 用垂直沉积法在不同曲率半径的毛细管内自组装了空心圆柱形聚苯乙烯(PS)蛋白石结构光子晶体薄膜和二氧化硅 (SiO₂) 反蛋白石结构薄膜; 用类重力沉积法制得实心圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体, 并讨论了这一生长方式中的状态变化过程及影响因素. 用扫描电子显微镜对样品内部结构进行了表征, 用光谱仪测试了光子晶体薄膜的反射光谱, 结果表明: 基底曲率半径和微球粒径的大小是影响空心蛋白石和反蛋白石薄膜质量的主要因素; 微球大小是影响实心结构有序性的主要因素. 关键词： 反蛋白石 空心圆柱 溶胶凝胶协同自组装     

采用溶胶凝胶协同自组装与光刻相结合的方法在反蛋白石结构薄膜中引入二维缺陷

采用溶胶凝胶协同自组装与光刻相结合的方法,在光子晶体反蛋白石结构中引入缺陷,通过溶胶凝胶协同自组装方法在硅片上垂直沉积胶体晶体复合薄膜,把BP212正性光刻胶均匀旋涂在复合薄膜上,通过曝光、显影等光刻工艺,把掩膜版图案复制在复合薄膜上,用此样品再次垂直沉积一层复合薄膜,使图案被复合薄膜覆盖.最后去除胶体微球与光刻胶图案,从而在反蛋白石结构中引入缺陷,用扫描电子显微镜对样品进行表征.分析了光刻胶图案对胶体微球排列的影响.     

大尺寸SiO2胶体颗粒的重力沉降自组装研究

采用两步法合成了直径分别为782，977，1027，1160和1324nm的SiO2胶体颗粒，透射电子显微镜显示颗粒尺寸的平均标准偏差小于5％.具有较好的单分散性.通过调节SiO2胶体颗粒悬浮液中介质粘度的方法，拓宽了重力沉降自组装的尺寸范围，得到了颗粒直径为700—1300nm的合成蛋白石 ，扫描电子显微镜图像显示它们为面心立方结构，透射谱表征显示它们具有一定的光子带隙. 关键词： SiO2胶体颗粒 重力沉降自组装 合成蛋白石 光子带隙     

溶胶凝胶法制备圆柱形大孔二氧化硅反蛋白石结构晶体

利用溶胶凝胶法在不同直径的毛细管表面制备了圆柱形二氧化硅反蛋白石多孔结构.利用扫描电子显微镜表征了其形貌,发现胶体晶体的类(111)面结构整体为圆柱形,平行于毛细管表面.透射光谱结果表明,二氧化硅多孔结构在[111]方向具有典型的光子带隙效应,与布拉格理论相符合,有望应用到光通讯和传感领域.     

SiO2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。     

溶胶-凝胶工艺制备SiO2薄膜的结构控制和稳定性研究

 采用溶胶-凝胶工艺在酸性、碱性和碱/酸两步催化条件下制备纳米多孔结构的SiO₂薄膜。使用透射电子显微镜（TEM）、激光粒子分析仪测试了溶胶的微观结构和颗粒分布;使用反射式扫描椭偏仪、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）测试了薄膜的光学性能和微观形貌。结果表明：通过改变溶胶-凝胶过程中的催化条件可控制薄膜微观结构和光学性能。溶胶在长期存贮期间符合镀膜的稳定性要求。     

SiO2溶胶及其静电自组装薄膜的制备

采用HCl催化、NH3 ·H2 O催化、HCl与NH3 ·H2 O分步催化三种途径制备了SiO2 胶体 ,用透射电镜观察了胶体粒子的形貌 .用静电自组装 (ESAM)法制备了聚电解质PDDA与SiO2 胶体粒子的有机 /无机复合光学薄膜 .实验结果表明 ,用HCl催化制备的SiO2 透明溶胶不适合于用ESAM法制备薄膜 ,用HCl与NH3 ·H2 O分步催化以及用NH3 ·H2 O单独催化制备的SiO2 胶体适合于用ESAM法制备光学薄膜 .薄膜的透射电镜微观察结果表明 ,以HCl与NH3 ·H2 O分步催化的SiO2 胶体制备的PDDA/SiO2 薄膜为连续结构 ,NH3 ·H2 O单独催化的为颗粒堆积 .研究了薄膜透光率与薄膜层数的关系 ,考察了薄膜的机械强度 .结果显示 ,以NH3 ·H2 O单独催化的SiO2 胶体制备的光学薄膜的增透效果较好 ,但耐机械擦伤强度较弱     

溶胶-凝胶工艺制备SiO2薄膜的结构控制和稳定性研究

采用溶胶-凝胶工艺在酸性、碱性和碱/酸两步催化条件下制备纳米多孔结构的SiO2薄膜。使用透射电子显微镜（TEM）、激光粒子分析仪测试了溶胶的微观结构和颗粒分布;使用反射式扫描椭偏仪、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）测试了薄膜的光学性能和微观形貌。结果表明：通过改变溶胶-凝胶过程中的催化条件可控制薄膜微观结构和光学性能。溶胶在长期存贮期间符合镀膜的稳定性要求。     

光纤表面自组装胶体晶体微结构的实验研究

利用自组装方法在普通单模光纤裸纤表面生长胶体晶体,采用自组装方法制备了一种新型的三维光子晶体微结构光纤。将单分散度小于2％的二氧化硅胶体微球超声分散于乙醇溶液,通过垂直沉积法在表面经湿法腐蚀处理的裸光纤表面组装胶体晶体。采用SEM对样品进行表征,胶体样品表面为六角密排列,晶体呈FCC结构,其（111）晶面平行于光纤表面。当微球直径远小于光纤直径时,在60℃温度下制备的胶体样品有较好的质量。     

SiO2气凝胶薄膜常压制备与强化研究

采用溶胶凝胶技术,结合碱性催化和低表面张力溶剂交换以及非活性CH3基团置换修饰,在常压条件下成功地制备了孔隙率为77%、折射率为1.12纳米多孔SiO2气凝胶薄膜.采用氨和水蒸气混合气体热处理技术提高薄膜的耐磨性、附着力等力学特性.使用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)分别观察了溶胶的颗粒结构和薄膜表面形貌.应用傅里叶转换红外光谱仪(FTIR)研究了薄膜经表面基团修饰前后的红外吸收光谱以及后处理对薄膜红外ω4(TO3)吸收峰位置和半宽度的影响.采用椭偏仪测量薄膜的厚度和折射率.耐摩擦和附着力测试表明: 关键词： SiO_2气凝胶薄膜 溶胶凝胶技术 纳米多孔结构     

低温等离子体增强化学气相沉积法制备Ge反opal三维光子晶体及其光学性能

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2三维有序胶体晶体模板,采用等离子体增强化学气相沉积法在200℃低温条件下填充高折射率材料Ge,获得了Ge反opal三维光子晶体.实现了低于GeH4热分解温度的低温填充.通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅里叶变换显微红外光谱仪对Ge反opal的形貌、成分和光学性能进行了表征.结果表明:沉积得到无定型态Ge,退火后形成多晶Ge,Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀.Ge反opal的反射光谱有明显的光学反射峰,表现出光子带隙效应,其带隙中心波长为1650nm和2640nm,测试的光学性能与理论计算基本符合.采用SU-8光刻胶薄膜也进行了Ge沉积,证实了SU-8模板可以耐受这一沉积温度.低温沉积降低了Ge的填充温度,可以直接采用不耐高温的高分子材料作为初始模板,单次复型制备得到多种构型的完全带隙三维光子晶体.     

大直径聚苯乙烯小球自组织方法制备高质量opal晶体

通过改进样品池的结构和其他实验条件，用气压法制备了大直径聚苯乙烯小球（直径为1 μm和700 nm）的人造蛋白石（opal）样品，并测量了其能带特性.对于制备能带位置在红外波段的三维光子晶体，这一实验结果将有很广阔的用途. 关键词： 光子晶体 光子带隙 人造蛋白石（opal）     

中红外完全带隙Si反蛋白石光子晶体的制备与光学性能研究

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2胶体晶体,采用低压化学气相沉积法填充Si,制备得到Si反蛋白石(opal)三维光子晶体.采用扫描电子显微镜对Si反opal的显微形貌进行表征,采用平面波展开法理论模拟Si反opal的光子带隙,采用傅里叶变换红外光谱仪测试其光学性能.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内填充致密均匀,显微红外光谱测试的光子带隙反射峰位置及带宽与理论计算基本符合.变角度反射光谱测试表明,Si反opal沿不同角度入射时在中心波长3319nm处均存在明显的反射峰,证明其具有完全光子带隙,带隙位于中红外大气窗口区域.     

二氧化硅人工蛋白石晶体（opal)的制备及其结构性质的研究

运用胶体化学法合成了尺寸可控的二氧化硅（SiO2）亚微米溶胶小球.透射电子显微镜（TEM）结果显示样品平均尺寸可从200nm变化至600nm，单分散性较高、平均标准偏差小于5％.通过自然沉积法，由溶胶SiO2小球自组织晶化制备了人工蛋白石晶体（opal晶体）结构.样品的剖面扫描电子显微镜（SEM）检测表明，样品为面心立方（fcc）结构.分析表明，较高的单分散性和缓慢的沉积过程是SiO2溶胶小球自组织晶化成三维有序结构的关键因素.反射谱中峰位在1320nm处的反射峰的出现，意味着样品在宏观尺度上的有序排列， 关键词： 亚微米二氧化硅溶胶小球 人工蛋白石晶体 方向带隙     

Preparation of colloidal crystal template for inverse opal hydrogels

Colloidal crystal template for inverse opal hydrogel is constructed by vertical deposition method using monodispersed silica nanospheres. By adjusting the concentration of monodispersed silica nanospheres, it is found that well-structured silica template with more than 20 layers is formed when the concentration of the silica is 3.5 wt%. To enhance its strength, the prepared template is put in an oven at 500 °C for 2 h. The surface of the template is divided into many blocks by cracks formed in the process of heat treatment. The number of blocks varies with the rising time of the temperature from 25 to 500 °C. Under the same magnification, blocks formed with the rising time of 150 min can be nearly 4 times more than the blocks with a rising time of 300 min or 500 min, which means the slow rising velocity of the temperature can lead to a better colloidal crystal template with fewer blocks.     

毛细管中柱对称类面心结构胶体晶体的光谱特性

用体积浓度为30% 的低分散二氧化硅小球悬浮液注入毛细管中自组织生长成胶体晶体. 实验测量了这种胶体晶体的透射谱. 测量结果显示这种胶体晶体的透射谱的柱对称性. 在垂直毛细管轴向的平面内，谱带结构不随光的入射角度变化，测得光谱在径向转360°保持不变. 在含毛细管轴的平面内，在与毛细管轴向夹角越小的方向，谱带越紫移；在垂直毛细管轴方向有最红的带隙. 测量得的光谱结果表明这种毛细管内的胶体晶体结构是柱对称的, 胶体晶体中密排面平行于毛细管的管壁. 另外，此柱对称的胶体晶体比低浓度制作的体心胶体晶体稳定. 这种轴向对称性的光子带隙特性将带来许多潜在的应用. 关键词： 光子晶体 胶体晶体 光子带隙 透射光谱 毛细管     

Controlling the photoluminescence spectroscopy of quinacrine dihydrochloride by SiO_2 inverse opal photonic crystal

Manipulation of the photoluminescence spectra of light-emitting materials doped in three-dimensional （3D） inverse opal photonic crystals is investigated. Quinacrine dihydrochloride molecules doped highly ordered SiO2 inverse opal is successfully synthesized by co-assembly combined with double-substrate vertical infiltrate method. The quinacrine dihydrochloride-doped and-undoped SiO2 inverse opals each exhibit an apparent photonic band gap （PBG） in the visible light region. Significant suppression of the emission is observed when the PBG is overlapped with the quinacrine dihydrochloride emission bands. The mechanism of suppression effect of PBG in inverse opal on the fluorescence intensity of quinacrine dihydrochloride molecules is studied.