三维光子晶体的制备

三维光子晶体作为一种光子带隙材料在光学器件、化学生物传感以及信息传输和存储等方面具有广泛的潜在应用价值。自1987年三维光子晶体的概念被提出以来,科学家们一直致力于在实验室用不同的手段合成不同材料和不同结构的光子晶体。本文综述了近年来出现的一些三维光子晶体制备方法,大致分为3类：“自上而下法”（top-down method）、“自下而上法”（bottom-up method）和模板辅助法（template-assisted method）,并详细阐述了每种方法的代表性工作、适用范围以及各自的优缺点。     

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.     

光子晶体的制备与应用进展

光子晶体概念的提出到现在已有20多年,由于其特有的带隙和缺陷结构可实现对光子传播的控制,与传统的基于半导体晶体的电子技术相比更具优势,是未来光子计算机和光子通讯技术研发的核心。近年来,基于新材料、新方法制备的具有复杂结构的光子晶体不断涌现,其应用范围也从较早的波导、光开关、反射镜拓展到传感器、超棱镜、微透镜、太阳能电池、增强LED发光、光存储、生物芯片、仿生等新兴领域。本文结合了最新的研究状况,探讨了光子晶体的制备与应用进展。     

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。     

凝胶光子晶体

光子晶体是一种介电常数（或折射率）可以周期性调制的结构,其自激辐射抑制和光子局域化性质使其可以简便而有力的限制、控制和调控光子。近年来,利用胶体晶体自组装性质与水凝胶的传统应用相结合制成的凝胶光子晶体在药物释放、光学开关、金属探针、生物传感器等的新应用方面的研究蓬勃发展,在新材料开发及临床应用等方面取得巨大进展。本文概述了胶体晶体自组装并对该类凝胶光子晶体进行了分类介绍并对其发展趋势进行了评述和展望。     

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.     

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.     

羧基含量对乳胶粒自组装形成光子晶体质量的影响

以过硫酸铵((NH_4)_2S_2O_8)为引发剂,苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及含功能性基团羧基的丙烯酸(AA)为共聚单体制备聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸(PS-PMMAPAA)乳胶粒,通过垂直自组装方法得到高质量的PS-PMMA-PAA光子晶体(PC)。乳胶粒的形貌及性能通过场发射扫描电镜(SEM)、动态激光光散射仪(DLS)、电导率仪等表征。利用光纤光谱仪和接触角分析仪表征了光子晶体的光学性能和保水能力。结果证明:乳胶粒表面的羧基不仅能增强粒子间的相互作用,而且具有很好的保水能力;在相对简单的组装条件下实现了自组装中裂纹的消除,获得了高质量的光子晶体。     

葡萄糖检测用分子印迹光子晶体的研究

基于快速、持续、无创检测技术在血糖监测领域的重要性,以聚甲基丙烯酸甲酯微球阵列为光子晶体制孔模板,以葡萄糖为印迹模板,N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯为混合单体,4-乙烯基苯硼酸为识别基,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,在制孔模板间隙进行共价型分子印迹聚合,除去制孔模板后,制得具有规整孔结构的新型光学凝胶材料--...     

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。     

溶剂热法直接合成酞菁铜晶体

以喹啉为溶剂, 在反应釜中将1,3-二异吲哚、钼酸铵和二水乙酸铜在喹啉中反应, 降至室温后得到长10.5 mm针状的酞菁铜单晶, 最佳的反应条件: 以10 mL喹啉为溶剂, 于270 ℃反应8 h, 产率为51.3%.     

Synthesis of Monodisperse Colloidal ZnS Spheres by an Acid-Free Two-Step Approach

In this work, we demonstrate a new two-step method for preparing monodisperse ZnS colloidal spheres. The method contains a hot-injection step for making primary particles as seeds and a heating-up step for aggregation growth of secondary colloidal spheres. Instead of the most commonly used thioacetamide in previous studies, thiourea (TU) was selected as the sulfur source. The temperature-dependent thermal decomposition rate of TU makes the releasing of S²⁻ and nucleation of ZnS under proper kinetic control, meanwhile making the reaction a mild and acid-free process. By separating the two steps and using a milder sulfur precursor, monodisperse ZnS colloidal spheres have been prepared. Their diameters can be delicately tuned in the range from 54 to 172 nm through simply changing the amount of Zn and S precursor. The optical properties of the obtained ZnS spheres were studied by extinction and PL measurements, and they exhibit size-dependent optical behavior.     

Photo-induced Birefringence of Azo-dye Based on Three-dimensional Opal Photonic Crystals

A series of three-dimensional opal photonic crystals based on the polymer was synthesized and applied in the field of photo-induced birefringence. The data show that the photo-induced birefringence(PIB) of pure Sudan III film could be enhanced by increasing the thickness of azo films. When Sudan III was distributed on the three-dimensional opal photonic crystals, the photo-induced birefringence process could be modulated. In addition, the data also exhibit that the PIB processes with different pumping polarization directions are sensitive to the role of photonic crystals. The results could be beneficial to further understanding the photo-induced birefringence and utilizing the photonic crystals.     

Preparation of Copper Phthalocyanine Crystals Using Solvothermal Synthesis

A novel solvothermal synthesis method for the direct growth of B-form crystals of copper phthalocyanine（CuPc） is presented in this article. With quinoline as solvent, crystals were grown after cooling the reaction mixture of 1,3-diiminoisoindoline and copper oxide, heated for 9 h at 270 ℃, to room temperature in an autoclave. These high quality crystals were suitable for characterization measurements. The single-crystal diffraction data show a monoclinic system unit cell： a=1.4668（3） nm, b=0.48109（10） nm, c=1.9515（7） nm, a=90°, B=121.04（2）°, r=90°, where the corresponding cell volume is 1.17991 nm^3. Needle-like single crystals of CuPc up to 10.5 mm in length were obtained. The influences of different temperatures, reaction time and solvent volume on the crystal yields were also discussed. Optimum reaction conditions were 10 mL of quinoline, at 270 ℃ for 8 h.     

光子晶体应用于化学及生物传感器的研究进展

光子晶体是由两种以上具有不同折光指数的材料在空间按照一定的周期顺序排列所形成的有序结构材料,它具有尺度为光波长量级的重复结构单元,通过对这些结构单元的合理设计.可以调控光子晶体的光学性质.近年来,光子晶体不仅在药物释放、光学开关、金属探针领域取得了广泛的应用,也为化学及生物传感器领域提供了新的检测原理和手段.本文概述了光子晶体的制备方法及近年来该技术在化学及生物传感器领域中的应用研究.     

电化学制备P型硅基二维光子晶体优化参数

利用光刻技术与碱性腐蚀等工艺预写晶格图样,采用电化学腐蚀方法在P〈100〉型硅基底制备二维大孔硅光子禁带结构.结果表明:在预写有晶格图样的P〈100〉型硅基底上由电化学阳极氧化制备的二维大孔硅,其孔洞的生长速率、深宽比及表/侧面形貌与电解质配比方案及阳极电流密度均密切相关.在优化的电化学工艺参数下得到的空气洞阵列,具有近乎完美的二维四方晶格,晶格常数为3.8μm,孔洞直径约3.0μm,孔洞深宽约90μm,深宽比达30.该方法可用于制备在中红外或近红外波段具有完全二维光子带隙的光子晶体.