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。     

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.     

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     

通讯波段禁带胶体光子晶体的制备及实验参数研究

采用直径为700nm的二氧化硅微球,通过垂直沉积法在玻璃基片上制备了位于光通讯波段的禁带胶体光子晶体。研究了不同蒸发温度、湿度条件、干燥过程对样品晶体质量的影响。用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行了观测。实验结果表明,在温度为65℃,相对湿度为70%,缓慢干燥条件下制备出的样品具有较好的晶体质量,晶体在大范围内保持了面心立方(FCC)单晶结构,其(111)面平行于生长基片。     

一种胶体光子晶体修饰的光纤

设计了一种胶体光子晶体修饰的光纤. 采用恒温快速蒸发法直接在经切割刀处理后的光纤端面生长胶体晶体,再与另一根切割后的光纤在毛细玻璃管中完成对接,制备成胶体光子晶体修饰的光纤. 用扫描电子显微镜和光谱分析仪对样品的形貌、结构以及光学特性进行分析. 实验结果表明,粒径为640 nm、体积分数约为0.5%的SiO₂胶体微球溶液在60 ℃的情况下沉积,大约12 h后可得到质量较高的胶体光子晶体. 在SEM下,观察到端面的胶体晶体为面心立方(fcc)结构. 透射光谱证明,该结构在(111)面上     

在乙醇水溶液中组装三维胶体光子晶体薄膜

近几年来，用垂直沉积法制备胶体晶体得到了人们的广泛关注。用乙醇水溶液为溶剂，用垂直沉积法制备了二氧化硅胶体晶体薄膜。用这种方法一次制备的样品厚度可达20微米以上，并且将较大微球组装成了有序性较好的胶体晶体薄膜。用扫描电镜（SEM）和光学方法检测了样品的质量和厚度。     

FCC结构胶体光子晶体的制备及其带隙特性测量

基于对光纤传输特性和胶体光子晶体制备方法的研究,提出了用外加电场控制的方法制备光子带隙位于通讯波段的FCC结构的胶体光子晶体,并用光纤系统测试胶体光子晶体的带隙特性.采用RSOFT模拟了胶体光子晶体的带隙,分析了带隙位于通讯波段时所需的胶体微球的基本参量(微球折射率和直径).采用自组装的方法,用步进电机控制玻璃基片向上的拉升速率.速率为5 μm/s,同时外加一电场.用扫描电镜观测胶体晶体的表面形貌,并设计了单模光纤系统测量胶体光子晶体的带隙特性.测试的透射谱线表明胶体光子晶体的带隙中心波长为1552 nm.测试结果和模拟结果具有很好的一致性,误差只有2 nm.     

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.     

平板电极间胶体晶体在电场作用下的各向同性压缩

用直径 300 nm的聚苯乙烯微球配制不同浓度的胶体晶体溶液, 将其快速注入内表面镀有导电薄膜的玻璃样品池中, 形成 (111) 晶面平行于玻璃表面的面心立方单晶结构. 通过激光衍射Kossel线方法, 研究了不同体积分数的胶体晶体样品 及它们在均匀电场作用下晶体结构的变化. 实验发现, 随着电场强度的增加, 胶体晶体表现为各向同性的压缩. 胶体晶体在恒定电场下始终保持面心立方结构, 晶格常数随着电场强度的增加逐渐减小. 实验结果可用电场力、电流体力学作用力及颗粒间静电斥力共同解释: 电场力使带电微球克服静电斥力并沿电场反方向运动导致晶体压缩, 而由电场力作用引起的电流体力学液流产生的持续推力使垂直于电场平面上的胶体微球相互靠近. 本实验为天宫一号搭载科学实验的地基实验. 关键词： 胶体晶体 Kossel衍射 结构变化     

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。     

SiO_2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。     

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     

晶体相场法研究应力状态及晶体取向对微裂纹尖端扩展行为的影响

采用晶体相场模拟研究了单向拉伸作用下初始应力状态、晶体取向角度对单晶材料内部微裂纹尖端扩展行为的影响, 以(111)晶面上的预制中心裂纹为研究对象探讨了微裂纹尖端扩展行为的纳观机理, 结果表明: 微裂纹的扩展行为主要发生在<011>(111)滑移系上, 扩展行为与扩展方向与材料所处的初始应力状态及晶体取向紧密相关. 预拉伸应力状态将首先诱发微裂纹尖端生成滑移位错, 进而导致晶面解理而实现微裂纹尖端沿[011]晶向扩展, 扩展到一定程度后由于位错塞积, 应力集中, 使裂纹扩展方向沿另一滑移方向[101], 并形成锯齿形边缘; 预剪切应力状态下, 微裂纹尖端首先在[101]晶向解理扩展, 并诱发位错产生, 形成空洞聚集型长大的二次裂纹, 形成了明显的剪切带; 预偏变形状态下微裂纹尖端则直接以晶面解理形式[101]在上进行扩展, 直至断裂失效; 微裂纹尖端扩展行为随晶体取向不同而不同, 较小的取向角度会在裂纹尖端形成滑移位错, 诱发空位而形成二次裂纹, 而较大的取向角下的裂纹尖端则以直接解理扩展为主, 扩展方向与拉伸方向几近垂直.     

锗酸铋晶体的超声特性

本文采用超声脉冲回波法在4.2K—300K温区内测试了锗酸铋晶体[110]和[111]晶向的超声纵波衰减与温度的关系,结果在50K附近均出现由于激活弛豫过程所引起的大的异常衰减峰;本文还用脉冲回波重合法精密测定了[100],[110]和[111]晶向的超声纵波和横波的声速,并由此计算出弹性常数C_(11),C_(44)和C_(12)。     

面缺陷对三维胶体晶体光学性质的影响

利用化学自组装方法和旋涂技术,成功地将二氧化硅(SiO2)微球体植入聚苯乙烯微球组成的蛋白石中,获得了嵌有面缺陷的三维胶体晶体.经SiO2渗透后,煅烧除去聚苯乙烯微球,获得了反相结构的光子晶体.胶体球粒直径增大时,无论晶体中有无缺陷态的存在,蛋白石及其反相结构透射谱中峰的位置发生红移,反之则产生蓝移.在胶体球粒直径一定时,对于降低折射率的缺陷,其透射谱峰中缺陷态的位置发生红移;对于增加折射率的缺陷,其透射谱峰中缺陷态的位置发生蓝移.透射谱还与缺陷层的厚度等因素有关.     

微米级锥形光纤的近场光镊

分别从理论和实验上分析了光纤表面倏逝场强度的分布(z=10 nm, 100 nm, 500 nm,1 000 nm),研究了微米级光纤光镊对微球的操纵。实验中把直径为125 m的普通单模光纤拉制成锥腰直径为2 m的锥形光纤。当光纤通光时,在光纤锥区倏逝场的作用下,直径3 m的聚苯乙烯微球保持平衡状态,并且光纤附近的微球被吸引到光纤表面,以5.3 m /s的速度沿着光束的传播方向运动。这个实验不仅实现了对微球的成功捕获,而且验证了光纤光镊的力学作用。光纤光镊对微球的无接触、无损伤操纵,将在生物传感领域有潜在的应用。     

微米/纳米相结合的三维金属铝图案

利用光刻，反应离子刻蚀以及电化学阳极氧化技术在铝基底上构建出了微米纳米相结合的三维金属铝图案。首先在铝片的表面形成一层具有图案的二氧化硅阻碍层，阳极氧化过程中，在二氧化硅阻碍层之下会形成侧向生长的倾斜孔道和残留的金属铝微结构。形成机制可阐述为：由于表面二氧化硅阻碍层的存在造成局域电场方向的偏折，影响到反应过程中离子的输运，从而导致侧向倾斜孔的形成，而在远离阻碍层的区域孔道则会正常垂直表面向下生长。这种垂直与侧向阳极腐蚀的同时进行导致在二氧化硅阻碍层之下形成了金属铝微结构。     

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.     

SiO2纳米微球表面结构在可见光波段的减反特性

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律,分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射,提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段,理论计算得出当粒径为112 nm,占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明,玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%,最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置,优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射,有效提高了光学组件对可见光的利用率。     

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