仿生制备功能性聚合物光子晶体

简述了自然界生物光子晶体经过不断的进化与演变而具有的一些特殊的性能,如亮丽的结构色彩、特殊的浸润性及高强度.受自然界生物光子晶体的这些特殊性能启发,通过对聚合物乳胶粒硬核软壳结构、表面功能基团及表面形貌的设计和调控等方法仿生制备了具有特殊浸润性的光子晶体;并在胶体晶体的聚合物乳胶粒间引入光交联聚合物,制备得到高强度的光子晶体;通过对蘑菇头形状乳胶粒两端的浸润性差异的设计制备,组装得到新型的各向异性结构的光子晶体.进一步发展了这些功能性光子晶体在湿度检测、油传感、自振荡体系等方面的应用.发展了通过喷涂、打印方法实现大面积、图案化聚合物光子晶体的简单制备.     

三维自组装蓝相液晶光子晶体

蓝相液晶由于其独特的三维自组装结构、可见光波段的选择性光反射性能和软物质特性,被认为是最具发展潜力的可调三维光子晶体材料之一,在下一代超快响应显示、反射型显示、可调激光器和光通信等领域具有广阔的应用前景。本文综述了近年来蓝相液晶自组装结构的研究进展,包括蓝相的多级自组装三维微纳结构及子相相变行为的最新研究,通过基板表面取向处理或纳米图案化诱导、电场诱导、热处理诱导等方法控制蓝相自组装行为和三维周期性晶体结构的研究现状,以及蓝相光子晶体材料在可调谐激光器、可调光栅等光学器件领域的应用研究,最后对该领域的目前存在的挑战和未来发展方向进行了展望。     

胶体晶体

简要综述胶体晶体的研究进展情况,主要介绍胶体粒子的简单自组装、模板引导下的自组装和二元胶体晶体组装等几类主要的胶体晶体制备技术,并概述胶体晶体在光子晶体、传感器、光子纸张、三维有序大孔材料、二维纳米结构阵列等方面的应用。     

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.     

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。     

PNDC-b-PNTPE自组装制备兼具结构色和荧光色的薄膜

设计合成了含有聚集诱导发光四苯乙烯基的大位阻单体四苯乙烯基降冰片烯(NTPE),通过NTPE与含有双癸烷基的树状单体对苯二甲酸癸烷苯酯基降冰片烯(NDC)的顺序开环易位聚合(ROMP)制备具有聚集诱导发光性质的大位阻树状嵌段聚合物(PNDC-b-PNTPE).利用薄膜自组装制备了兼具结构色和荧光色的一维光子晶体薄膜.结果表明,PNDC-b-PNTPE在四氢呋喃(THF)中随着溶剂的挥发而快速自组装成为蓝色的一维光子晶体薄膜,其最大反射波长(λ_max)为443 nm.一维光子晶体薄膜的横截面扫描电子显微镜照片表明,PNDC-bPNTPE组装为周期为133 nm的层状结构.荧光发射光谱分析结果表明,一维光子晶体薄膜在368 nm波长紫外光的激发下能够发射最大波长为425 nm的荧光.该兼具结构色和荧光色的薄膜在防伪和显示方面有潜在的应用前景.     

自组装方法与三维光子晶体制作

光子晶体,特别是三维光子晶体,可能成为信息处理和通信等领域的新型功能材料.光子晶体的制作方法可分为"自上而下"的物理方法和"自下而上"的化学自组装方法.化学自组装方法是制作三维光子晶体最为经济有效的方法.本文在阐述自组装方法的种类、一般过程、优点和不足等内容的基础上,分别分析和总结了带有各种功能缺陷的三维光子晶体的制作,这些缺陷主要包括线缺陷、面缺陷和点缺陷.从研究中可以看出,化学自组装方法通常需要结合其他方法才能实现缺陷的嵌入.近些年,三维光子晶体制作在材料选取、结构设计和方法改进等方面都有一些最新进展,本文对此进行了较为详尽的评述,并对我们课题组的研究进行了总结.最后对光子晶体的研究和制作方向进行了展望.     

纤维素纳米晶的空间受限自组装: 从胶体液晶到功能材料

作为最有前途的生物衍生材料之一, 纤维素纳米晶体(CNCs)具有来源广泛、 生物相容性好和可形成光子结构等优点, 在能源、 生物医学和光子材料领域具有重要的应用价值. 本文总结了CNCs的制备、 CNCs形成的胆甾型胶体液晶及CNCs衍生的光子材料的研究进展, 重点评述了CNCs在液滴和毛细管中的自组装和基于CNCs空间受限组装的功能材料研究进展, 并讨论了空间受限CNCs自组装研究面临的挑战和未来的发展方向.     

二维光子晶体

光子晶体是一种介电常数周期变化的功能材料,其基本特征是具有光子带隙。光子晶体理论诞生已三十年,基于理论及实验的研究取得了许多成绩。当所制备的光子带隙与光波的波长相当时,光子晶体材料抑制光子在一定频段内的传播。由于在光学、电学、热学、磁学等方面均有优良特性和潜在应用,光子晶体作为一种新型材料也越来越受到科研人员的青睐。不论在可加工性方面还是在传播特性方面,二维光子晶体的优势正逐渐体现出来。本文重点阐述二维光子晶体的研究进展,分别介绍了二维光子晶体的结构与性能特点以及近年来发展出的新型制备方法,如自组装法、刻蚀法、多光束干涉法等,并着重列举其在传感器、波导、光纤、太赫兹技术等领域的发展现状,表明二维光子晶体作为超材料具有巨大的发展空间和潜力。最后,本文对二维光子晶体今后的研究方向和发展前景作了展望。     

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.     

化学响应性光子晶体

光子晶体是一种具有光子带隙结构的周期性电介质材料,如果将响应性材料组装到光子晶体结构中,所形成的光子晶体的带隙结构则对外界环境的变化具有响应性,而被称为响应性光子晶体。响应性光子晶体作为光子晶体的一个新领域,由于其在传感器,生物医学,临床检测等方面的潜在应用,近几年受到广泛关注。根据外界环境的不同,响应性光子晶体可简单分为化学响应性光子晶体、物理响应性光子晶体和生物响应性光子晶体等。本文将对化学响应性光子晶体的国内外研究动态做一简要介绍,重点介绍以下五种化学响应性光子晶体:金属离子响应光子晶体、pH响应光子晶体、氧化还原响应光子晶体、葡萄糖响应光子晶体和光化学响应光子晶体。     

智能响应蓝相液晶光子晶体

具有刺激响应性的智能驱动材料已成为材料科学领域的研究热点之一。液晶的超分子自组装结构与其刺激响应特性使其在新型智能功能材料的开发应用上具有天然优势。蓝相液晶由于其独特的三维超分子自组装结构、软物质特性以及可见光波段的选择性光反射,被认为是最具潜力的智能光子晶体材料之一。在温度、光照、电场、湿度等外场刺激作用下,蓝相超分子自组装结构的晶体学参数或相态非常容易发生变化,造成光子带隙的改变进而呈现出反射颜色的变化。因此,蓝相的外场响应性能及在智能材料上的应用引起了研究者的广泛关注。本文综述了智能响应蓝相液晶光子晶体外场响应性能方面的前沿动态,对蓝相液晶光子晶体的光、磁、电、力、湿度响应等方面取得的系列重要的研究成果进行了总结,并对该领域目前存在的挑战以及未来发展趋势做出展望。     

光子晶体结构色织物研究进展

针对结构色织物难以产业化的现状,从光学效应和能够产生结构色的周期性结构两个角度系统介绍了结构色织物生色机理。随后,按照结构色织物表面光子晶体结构特征、所用光子晶体基元种类及结构色制备方法,对结构色织物进行了系统分类归纳,并指出了各自的优缺点。此外,现有结构色织物研究均为基于已有纳米粒子尺寸来表征对应结构色颜色,缺乏根据实际颜色需求选取光子晶体尺寸的研究。我们根据现有文献报道的光子晶体基元尺寸与所得结构色织物颜色种类的对应关系,通过计算得到了根据所需织物颜色种类确定光子晶体基元尺寸的公式。最后总结了结构色织物制备存在的问题,并给出了合理建议。     

胶体自组装法形成光子带隙材料

光子带隙晶体使人们可以有效地控制和操纵光子,但是构建光子晶体,尤其是近红外及可见光区域的光子晶体是一个困难的工作,它对材料提出了很高的要求.本文从化学的角度,利用自组装方法,对胶体晶体和反蛋白石等类光子带隙材料包括半导体、金属、金属氧化物、聚合物、染料等进行较全面的介绍,同时介绍了如何从这些材料获得光子带隙.     

SiO_2@PANI光子晶体的制备及电致变色性能研究

应用Stber法合成单分散SiO2微球,通过垂直沉积自组装光子晶体,由电化学法在所组装的SiO2微球表面生成聚苯胺(PANI),得到了核-壳结构SiO2@PANI光子晶体薄膜.测试了SiO2@PANI光子晶体薄膜的循环伏安曲线、多电位紫外吸收光谱、对比度、响应时间等电致变色性能,结果表明,该光子晶体薄膜在变色时颜色亮丽,其最大对比度可达77%,远高于单纯PANI薄膜的43%,同时响应时间变快.初步实验结果说明将光子晶体结构引入导电聚合物中,能够提高其电致变色性能.     

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.     

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...     

PEDOT基光子晶体的制备及其电致变色性能研究

采用改进的Stöber法合成了单分散SiO₂微球, 通过垂直沉积组装成蛋白石结构光子晶体. 再使用电化学法在组装的SiO₂微球表面生成聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT), 得到核-壳结构的SiO₂@PEDOT光子晶体复合膜. 测试了SiO₂@PEDOT光子晶体薄膜的反射光谱、循环伏安曲线、多电位紫外反射光谱、对比度及响应时间等光学、电化学及电致变色性能. 结果表明, 该光子晶体薄膜在变色时颜色亮丽, 其色差值(26.82)比纯PEDOT薄膜(18.07)提高很多, 并且最大对比度可达39.8%, 高于纯PEDOT薄膜的27.4%, 同时响应时间变快. 此实验结果说明将光子晶体结构引入导电聚合物中, 能够提高其电致变色性能.     

微米级胶体晶体可控制备与红外波段光学特征研究

通过调整配方,得到了不同粒径的微米级单分散聚苯乙烯(PS)胶体微球,利用优化的垂直沉积法将PS胶体微球自组装成高质量的蛋白石型光子晶体材料,并通过激光粒度分析仪、扫描电镜和红外光谱仪等实验手段研究其可控制备与红外波段光学特征.其中由1.00和1.20μm PS单分散胶体微球自组装成的三维光子晶体的禁带位置分别为2.25、2.47μm,符合理论计算结果.该材料可改变目标红外波段的辐射特征,未来有望应用于热障涂层材料和红外隐身技术等领域.     

纤维素纳米晶体手性复合材料:结构色的调控与应用

结构色在自然界中扮演了重要的角色,在昆虫外骨骼、鸟类羽毛以及植物果实中广泛分布.纤维素纳米晶体(CNCs)的水悬浮液达到一定浓度时会自组装形成左旋的手性向列液晶结构,这种手性向列结构在水分挥发后仍能保持并形成光子晶体虹彩薄膜,具有极强的手性和光子晶体的双重性质.膜内的周期性层状结构与光线产生干涉、衍射作用,表现出复杂的...