基于光纤的三维可调胶体光子晶体

用改进的垂直沉积法在光纤端面制备了高质量的SiO₂胶体光子晶体,经过烧结、固化构成胶体光子晶体-光纤结构. 用扫描电子显微镜确定了样品为面心立方密排结构,其密排面平行于光纤基底表面. 利用全光纤传感网络测试了该胶体光子晶体,反射峰中心位于845 nm处,与Bragg理论计算值符合很好. 将该样品浸入不同折射率的液体中,反射光谱的峰值位置随着液体折射率的改变而发生偏移,近似呈线性关系,实现了峰位可调. 对于不同浓度引起的液体折射率的变化,基于光纤的胶体光子晶体结构也能够很好地分辨出来. 关键词： 可调胶体光子晶体 2微球')" href="#">SiO₂微球 Bragg反射 光纤     

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     

FTIR与XRD的均匀粒度分布Ce-Cu/TiO2空心微球制备机理研究

随着社会经济的发展,环境空气品质已经成为研究热点。TiO₂是一种化学稳定性高,耐腐蚀性强,对人体无毒无害的N型半导体材料。利用TiO₂的光催化性能提高室内环境空气品质已经成为研究焦点,但是由于TiO₂只能在紫外光源下才具有较高的光催化效率,而在可见光源下的光催化效率较低,从而极大的限制了TiO₂在室内环境领域的发展。因此,研发在可见光源下具有良好光催化性能的TiO₂复合材料势在必行。利用元素掺杂改性技术与提高比表面积方法可以改善光催化反应过程中量子效率和对光能的利用率,以加快电子和空穴向表面迁移的速率同时降低光生载流子的复合机率。以二氧化硅SiO₂为模板、聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂、硝酸铈Ce(NO₃)₃·6H₂O和硝酸铜Cu(NO₃)₂·3H₂O为改性剂采用溶胶-凝胶法制备均匀粒度分布的Ce-Cu/TiO₂空心微球,并将制备过程分为四个阶段,即纳米SiO₂球模板的制备、Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球凝胶的制备、Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球的制备和Ce-Cu/TiO₂空心微球的制备。利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）与X射线衍射仪（XRD）对Ce-Cu/TiO₂空心微球的制备过程各阶段生成物进行测试与分析,即在纳米SiO₂球模板的制备阶段从微观角度研究纳米SiO₂球模板的搭建过程,在Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球凝胶的制备阶段研究TiO₂附着于纳米SiO₂球模板的过程,在Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球的制备阶段研究煅烧工艺对Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球中晶相与结构的影响,在Ce-Cu/TiO₂空心微球的制备阶段研究氢氧化钠溶液对Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球中纳米SiO₂球模板洗涤效果的影响。利用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）对Ce-Cu/TiO₂空心微球的光响应性能进行测试与分析,以研究Ce-Cu/TiO₂空心微球对可见光源的利用效率。利用激光粒度分析仪（LPSA）与扫描电子显微镜（SEM）对Ce-Cu/TiO₂空心微球的粒度分布与微观形貌进行测试与分析,以研究Ce-Cu/TiO₂空心微球的均匀粒度分布效果。结果表明：以Si-O-Si基团构建非晶体结构的无定形态纳米SiO₂球模板,有利于聚乙烯吡咯烷酮在纳米SiO₂球模板表面附着,从而控制Ce-Cu/TiO₂空心微球的空腔结构。Ce-Cu掺杂基本进入TiO₂晶体,极少进入纳米SiO₂球模板晶体,从而抑制了Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球中TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变。Ce-Cu掺杂TiO₂可以促使TiO₂内部形成新的能级,实现能量较小的光子捕获e-和h+,从而提高Ce-Cu/TiO₂空心微球对可见光源的利用效率。Ce-Cu/TiO₂空心微球的表面光滑且不存在明显的缺陷,其形貌呈现良好的球体且粒径分布均匀,即d₉₀为219.54 nm,d₅₀为151.60 nm、d₁₀为103.84 nm,以及d₉₀-d₁₀为115.70 nm。研究结果为进一步获得可见光源下具有良好光催化性能的均匀粒度分布Ce-Cu/TiO₂空心微球提供理论依据和研究基础。     

非密堆积TiO2空心微球光子晶体的制备与能带分析

利用胶体自组装、高温烧结和HF酸刻蚀技术,制备了SiO₂微球非密堆积面心立方(FCC)结构的胶体晶体,并以此为模板,利用溶胶凝胶方法和NaOH湿法刻蚀技术制备了TiO₂空心微球非密堆积FCC结构光子晶体.利用电子显微镜分析了晶体的结构,用平面波展开法对该结构进行了能带计算与分析.计算结果表明,制备的TiO₂空心微球非密堆积FCC结构光子晶体在低能区的第二、第三能带之间除布里渊区的W点仍保持简并外,其余各点简并都已经消除. 关键词： 空心微球 非密堆积 光子晶体 光子带隙     

超亲水性SiO2-TiO2纳米颗粒阵列结构的制备与性能研究

用分子自组装的方法在玻璃衬底上分别制备了TiO₂纳米颗粒层和SiO₂-TiO₂复合纳米颗粒阵列结构. 其中,SiO₂ 纳米颗粒层用旋涂法制备,得到密排阵列结构,而TiO₂纳米颗粒层则用浸渍提拉法制备. 文章分析了TiO₂纳米颗粒层和SiO₂-TiO₂复合纳米颗粒阵列结构的理论粗糙度,并通过扫描电子显微镜研究了它们的微观结构,用接触角 关键词： 自清洁 表面粗糙度 光催化 分子自组装     

基于环氧树脂的显隐性复合防伪薄膜的制备

利用不同粒径的SiO₂纳米微球在聚乙烯基板上提拉自组装，形成了不同粒径微球排布的结构色薄膜。随后，在结构色薄膜中加入掺有稀土铝酸锶长余辉材料的光固化环氧树脂，利用掩模法形成长余辉图案，并使用氢氧化钠溶液对薄膜进行蚀刻，制备了具有高稳定性的长余辉和结构色的复合防伪薄膜。结果表明：利用表层光子晶体结构的光子带隙匹配底部图案的荧光波段，并通过刮擦、润湿等简单方法，即可实现底部荧光图案的显示；通过乙醇擦拭，表层结构能够快速恢复，再度实现荧光图案的隐藏，该方法可以使得防伪标签能够通过可重写方式进行反复使用。此外，腐蚀和弯曲测试表明，所制备薄膜具有很强的鲁棒性。     

旋涂法快速制备双层二元胶体微球有序薄膜

以较大粒径的聚苯乙烯或SiO₂胶体微球的单层有序薄膜作基膜,较小粒径的SiO₂微球作第二层,用分步旋涂法快速制备了二元双层胶体微球复合有序薄膜.膜中小粒径微球与大粒径微球的粒径比γ=020—056,大粒径与小粒径微球的排列方式可表示为LS_x（x=1,2,…,13）.旋涂速度、旋涂时间、微球悬浮介质的黏度、悬浮液中微球的数密度、旋涂衬底的可润湿性等因素均会影响旋涂组装胶粒薄膜的质量.在旋涂衬底能够被胶体微球悬浮介质完全润湿的前提下,适宜的胶体微球数密度、旋涂速度、旋涂时间是旋涂组装有序薄膜的必要条件. 关键词： 复合有序薄膜 分步旋涂 胶体微球模板     

PDMS改性环氧树脂/Sm2O3复合涂层的近红外光谱及疏水性研究

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂(HYSZ)为粘合剂,Sm₂O₃为功能颜料,纳米SiO₂为微纳结构改性剂,制备得到了一种同时具有良好疏水性能和附着力的近红外吸收涂层。系统分析了PDMS和HYSZ质量比、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)添加量、总填料添加量、 Sm₂O₃和纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响。结果表明：PDMS改性可明显降低涂层的表面能,从而使涂层的疏水性得到明显增强。利用DOP强化涂层韧性和微观搭桥作用可增强涂层整体性,从而可明显提高涂层的附着力和近红外吸收性能。涂层的表面粗糙度可随总填料添加量的增加而明显升高,进而可使涂层表现出更优的疏水性能。当涂层中PDMS和HYSZ质量比、 DOP添加量、总填料添加量、 Sm₂O₃和纳米SiO₂质量比分别为1∶9, 20%, 50%和5.5∶4.5时,涂层同时具有良好的近红外低反射率(59.1%)、疏水性能(水接触角为137°)及附着力...     

磁控溅射制备微球表面金属Mo涂层的研究

利用磁控溅射制备了各种工艺参数不同的微球表面金属Mo涂层样品,并通过白光干涉仪和扫描电子显微镜对样品的表面及剖面进行了系统的测试分析。分别探究了溅射工作气压和沉积制备时间对微球表面Mo涂层表面形貌以及结晶质量的影响规律。结果表明通过优化工艺参数可制备微球直径约为800μm、涂层厚度为3.5μm到14.1μm、厚度均匀性良好的微球表面Mo涂层。Mo涂层中的晶粒呈现出柱状结构致密堆积在一起,且随涂层的厚度增加晶粒间空隙增大。     

SiO2纳米线簇、C-Si-O纳米球的制备及形貌、红外光谱和光致发光光谱研究

以二茂铁和硅油作为催化剂和原料,利用高温裂解硅油为C,Si,O源,在常压N₂和H₂混合气氛的化学气相沉积管式炉中制备了大量直径为5—40 nm、长数百纳米的非晶SiO₂纳米线簇及粒径为100—300 nm的C-Si-O实心纳米球. 利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜对产物形貌进行表征.Fourier红外吸收谱显示出非晶SiO₂所具有的474,802和1100 cm^-1三个特征峰;SiO₂纳米线簇的光致发光光谱具有较强440 nm蓝光发光峰;而C-Si-O（原子数之比为1.13∶1∶2.35）纳米球具有奇特的红绿蓝（625,540,466 nm）三色光致发光谱. 关键词： 2纳米线簇')" href="#">SiO₂纳米线簇 C-Si-O纳米球 高温裂解 Fourier红外谱     

节瘤缺陷平坦化提高高反射膜的激光损伤阈值

探究了节瘤缺陷平坦化技术中平坦化层(刻蚀层)厚度和种子源尺寸之间的刻蚀规律,同时解释了平坦化技术提高节瘤缺陷的损伤阈值的机制。在双离子束溅射系统中,使用SiO₂微球模拟真实的种子源置于基板上,镀制1064 nm HfO₂/SiO₂高反膜,制备人工节瘤缺陷。对类似于实际种子源的SiO₂微球一系列不同刻蚀程度的实验得出了节瘤缺陷平坦化技术的刻蚀规律:只要平坦化层(刻蚀层)的厚度稍大于节瘤缺陷的种子源粒径,就可以将种子源完全平坦化。使用时域有限差分法(FDTD)模拟不同平坦化程度的节瘤缺陷内电场增强的结果与节瘤缺陷的损伤形貌进行对比实验,将损伤形貌和损伤阈值与电场强度分布之间建立联系,表明平坦化技术可以改变节瘤缺陷原有的几何结构,有效抑制节瘤缺陷的电场增强效应。最后,通过对未经平坦化和经过平坦化处理后的节瘤缺陷进行损伤阈值测试,对比结果直接验证了节瘤缺陷平坦化技术可以实现对节瘤缺陷的调控,大幅度提高了节瘤缺陷的损伤阈值。     

一种基于光子晶体结构的坦克涂层设计

为减少坦克在实战中的红外辐射, 分析了坦克炮慢射后的辐射特征, 针对其炮管所辐射的特征波长在8-12 μm的电磁波,选用常见的SiO₂和Si为介质, 并在考虑各自色散关系的基础上, 设计了具有光子晶体结构的防辐射涂层. 数值计算表明: 当两介质各取4层, 其几何厚度分别取1330和825 nm时,在8-12 μm 的范围内有一个严格的带隙. 当两介质的几何厚度增加, 带隙红移, 宽度增加, 反之亦然. 只要两介质的几何厚度变化不同时超过10%, 原带隙总是存在. 当介质层数取7-8时, 涂层在上述波长范围内的严格带隙已形成, 介质层数再增加, 带隙没有实质性的变化. 带隙结构对入射角的变化并不敏感.     

蛋白石型光子晶体红外隐身材料的制备

基于光子晶体的红外隐身材料,主要采取一维层层堆叠结构和三维木堆结构等来实现对红外波段电磁波辐射性能的调控.本文报道了一种操作简易、成本低廉的光子晶体红外隐身材料制备方法.通过优化的垂直沉积法,微米级SiO_2胶体微球自组装成高质量的蛋白石型光子晶体结构.对SiO_2胶体微球进行优选,成功制备了禁带位于2.8—3.5μm,8.0—10.0μm的SiO_2胶体晶体蛋白石型光子晶体材料.该材料可改变目标相应波段的红外辐射特征,具有目标红外波段的隐身效果.     

紫外波段SiO2/Si3N4介质膜分布式布拉格反射镜的制备与研究

采用光学传递矩阵方法设计了紫外波段SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜, 并利用等离子体增强化学气相沉积技术在蓝宝石(0001)衬底上制备了SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜. 光反射测试表明, 样品反射谱的峰值波长仅与理论模拟谱线相差10 nm, 并随着反射镜周期数的增加而蓝移. 由于SiO₂与Si₃N₄具有相对较大的折射率比, 因而制备的周期数为13的样品反射谱的峰值反射率就已大于99%. 样品反射谱的中心波长为333 nm, 谱峰的半高宽为58 nm. 样品截面的扫描电子显微镜和表面的原子力显微镜测量结果表明, 样品反射谱的中心波长蓝移是由子层的层厚和界面粗糙度的变化引起的. X射线反射谱表明,子层界面过渡层对于反射率的影响较小, 并且SiO₂膜的质量比Si₃N₄差, 也是造成反射率低于理论值的原因之一.     

45°高反膜中节瘤缺陷的电场增强效应及损伤特性

研究设计和制备了中心波长为1064 nm的45°多层膜反射镜,通过数值仿真结合实验,对薄膜中节瘤缺陷引起的电场增强效应及其对薄膜抗激光损伤性能的影响进行了研究。结果表明:当1064 nm激光从右至左45°斜入射时,电场增强效应主要出现在节瘤缺陷的表层及其左侧轮廓中部,电场增强效应随节瘤缺陷尺寸增大而增强。实验上,在清洁的基板表面喷布单分散SiO2微球作为人工节瘤种子,采用电子束蒸发制备法完成多层全反膜的制备,采用R-on-1方式对薄膜样品进行激光损伤测试。结果表明,薄膜的损伤阈值随着节瘤缺陷尺寸增加而减小。通过综合分析电场增强效应、薄膜损伤测试结果及损伤形貌特征得出,薄膜损伤阈值降低是由于节瘤缺陷和薄膜中微缺陷共同作用的结果。     

Annealing effects on structure and laser-induced damage threshold of Ta2O5/SiO2 dielectric mirrors

The effects of annealing on structure and laser-induced damage threshold (LIDT) of Ta₂O₅/SiO₂ dielectric mirrors were investigated. Ta₂O₅/SiO₂ multilayer was prepared by ion beam sputtering (IBS), then annealed in air under the temperature from 100 to 400 °C. Microstructure of the samples was characterized by X-ray diffraction (XRD). Absorption of the multilayer was measured by surface thermal lensing (STL) technique. The laser-induced damage threshold was assessed using 1064 nm free pulsed laser at a pulse length of 220 μs.

It was found that the center wavelength shifted to long wavelength gradually as the annealing temperature increased, and kept its non-crystalline structure even after annealing. The absorbance of the reflectors decreased after annealing. A remarkable increase of the laser-induced damage threshold was found when the annealing temperature was above 250 °C.     

基于颜色计算和原位成分分析对紫色玉髓颜色成因的探究

产于印度尼西亚的紫色葡萄状玉髓,具有特殊的球粒状外观和浓郁的紫罗兰体色,其双面抛光片在反射光照射下为紫色,透射光下则为棕黄色,且颜色浓集于球粒中心。为探究其颜色成因,进行了偏光显微镜和扫描电子显微镜结构观察,显微紫外-可见光谱,热处理以及LA-ICP-MS原位成分分析。玉髓具有纤维状核心--粗粒石英外壳的特殊结构,粗粒石英外壳粒度500 μm左右,隐晶质部分则主要由粒度小于1 μm的形状不规则的SiO₂颗粒组成。紫外-可见光谱显示紫色主要来源于540 nm左右的吸收峰,而黄色则由于谱线“左倾”产生的近紫外区及蓝光区强烈吸收所致。紫外-可见光谱使用塞尔迈耶尔方程修正表面反射误差、减去无吸收波段强度矫正仪器误差,并用最小二乘平滑扣除基线得到540 nm吸收峰的强度信息。计算玉髓在反射光下的紫色调及透射光下的黄色调的L*a*b*值和E*值定量表征颜色。热处理实验中,玉髓的紫色调在350 ℃左右开始褪去,紫外-可见光谱390和540 nm吸收峰消失,反射光和透射光下颜色差异减小,都呈现黄色调。随温度升高至400 ℃后,棕色调加深,出现478 nm左右的吸收峰。热处理过程中谱线吸收强度升高,“左倾”加剧,峰位“红移”。该现象与铁/二氧化硅纳米粒子（Fe/SiO₂ NPs）生长过程中的谱形变化相似,有可能与玉髓内部与Fe有关的微细结构或包裹体在热处理过程中的变化有关。颜色参数结合原位成分分析,将数据采用标准分数（Z-score）归一化处理,比对紫色调的E*值与540 nm吸收峰强度及元素含量之间的关系,发现540 nm吸收峰强度可很好的反映紫色的浓集程度,但紫色调与过渡金属元素含量的线性相关性却并不显著,黄色调的E*值则与Fe元素含量具有近似的负相关性。Fe并不以杂质矿物的形式存在,元素含量这一因素也并不能完全决定玉髓的颜色,可能还受到Fe在玉髓中的存在形式,内部微细结构或包裹体等因素的影响。     

Influence of embedded particles on microstructure, corrosion resistance and thermal conductivity of CuO/SiO2 and NiO/SiO2 nanocomposite coatings

Homogeneous CuO/SiO₂ and NiO/SiO₂ nanocomposite coatings containing CuO and NiO nanoparticles in silica matrix were successfully synthesized by sol–gel process on an aluminum alloy substrate, respectively. The evolution of phase and morphology of both nanocomposites was characterized by XRD, SEM, TEM and FTIR. The effect of incorporating various nanoparticles on the corrosion behavior and the thermal conductivity of nanocomposite coatings was investigated by potentiodynamic polarization curve and comparative exponential method. The thermal conductivity as well as the corrosion resistance of nanocomposite coatings was significantly improved by the introduction of metal oxide particles. In comparison with NiO/SiO₂ nanocomposite coatings, CuO/SiO₂ composite coatings displayed lower protective behavior as well as higher thermal conductivity. Experimental results revealed that those improvements can directly be related to the nanocomposite effect and the nature of added nanoparticles.     

Formation of silver colloids in silver ion-exchanged soda-lime glasses during annealing

The structural and compositional changes of the soda-lime glasses during the formation of the silver colloids were analyzed by the X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) in order to examine the silver colloid formation mechanism. The in situ behavior of silver and SiO₂ networks on the surfaces of silver ion-exchanged soda-lime glasses during heating and cooling processes in ultra-high vaccum was monitored. The results showed that silver diffuses toward the surface, precipitates, and crystallizes during heating and the total silver surface concentration is slowly increased during cooling. The concentration changes of oxidized and neutral Ag, a new non-bridging oxygen species (NBO^*), and a new silicon species (Si[a]) were applied to deduce a disappropriation reaction mechanism of Ag⁺ on the surface during annealing. The SiO₂ network is modified at temperatures below 350°C to accommodate more silver on the surface and to balance the extra charge carried by the Ag⁺. That the SiO₂ network polymerizes during annealing was deduced from the results of the higher binding energies of Si2p and O1s after annealing. This observation suggests that the reduction of the Gibbs free energies and the relaxation of tensile stress result in the formation of the silver colloids under thermal annealing.