功能化光子晶体薄膜的制备及性能研究

发布时间：2020-12-27 17:32

　　光子晶体（PC）材料是一种由不同介电常数材料构成的具有周期性结构的材料,最主要的特征是具有光子禁带（PBG）,当光子禁带的频率区域位于可见光区域时,能够衍射结构色。目前,具有光子晶体结构的材料已被广泛应用于功能材料之中。其中,光子晶体传感材料是科学家研究的主要方向,这是由于光子晶体能够衍射结构色,具有裸眼快速检测的优点。本文以聚乙烯醇（PVA）水凝胶作为基质,制备了二维（2D）和三维（3D）的PVA水凝胶基凝胶光子晶体膜,探讨了凝胶光子晶体膜的显色性能,并研究了其在传感检测领域的应用。对于二维光子晶体的研究,首先,通过无皂乳液聚合法制备了粒径均一的聚苯乙烯（PS）胶体微球,之后采用掩膜辅助光聚合的工艺,制备了一种具有隐形标记功能的2D凝胶光子晶体薄膜,实验结果发现:该2D凝胶光子晶体膜最初是透明的,浸润超纯水后可以观察到光子晶体膜显色后产生红色图案（632 nm）和绿色背景（540 nm）的高清对比。然后,选择粒径600 nm的PS微球,通过物理交联方法制备PVA水凝胶基2D光子晶体薄膜,之后利用4-硼苯甲醛（4-BBA）对PVA凝胶进行功能化改性。探讨了改性过程中交联时间对凝胶光子晶... 

【文章来源】：上海第二工业大学上海市

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光子晶体的应用：a)光纤[8]

体特征禁带带（PBG）是光子晶体最基本的特性之一。光子禁带，又称光子的一个频率范围。研究人员已经证实光子在光子晶体中的运动与由于光子晶体具有特殊的周期结构，光在光子晶体中传播时形成结构，在带之间形成光子带隙。如果电磁波的频率位于禁带区，的传播将受到抑制，无法传播。如果我们用某种方法破坏光子晶坏，电磁波就能够传播。因此，通过改变光子晶体的结构参数或波的传播行为，使光子晶体能够根据我们的实际需要选择特定的地调节电磁波特定波长的传输的目的。定律描述了晶体受电磁波（X 射线）照射时晶体内原子的间距与，利用布拉格定律，X 射线在材料表征（XRD）、工业探伤等方知道，光在光子晶体内的传播与 X 射线在晶体内部的传播类似，用布拉格方程来说明光子晶体的光子禁带特征性：λ0= 2nadhklsinθdif

4 页上海第二工业大学 硕士学位论文.1 胶体微球自组装法胶体微球自组装法是制备光子晶体最常用的方法。胶体微球在液面的自组装过就是一个胶体微球为了降低熵值自发进行的一个分子重排过程。与光刻法[18]相比装法更易形成周期型结构。界面法和旋涂法是制备二维光子晶体最主要的两种自组装方法。旋涂法主要是心力的作用，使溶剂快速挥发，胶体微球能够快速的在基底上铺展开，自组装成体结构的过程。Mihi 等人[19]在研究时发现，利用旋涂法制备的光子晶体的结构转速、微球乳液的浓度以及基底的亲溶剂性等因素的影响，在此基础上，Jiang 等人过改进实验方法，制备得到了具有非紧密对称的二维光子晶体，如图 1.3 所示。则是利用液体表面张力或者空气与液体界面张力的不同来自组装形成光子晶体，在大面积制备二维光子晶体方面有巨大的优势，例如，1996 年，Dimitrov 等人[21]研究的基础上，设计了一种在垂直平面上大面积制备具有六边形周期性结构的二晶体；Asher 课题组的 Zhang 等[22]开发了一种新的更为简单的自组装方法——尖法，这一方法制备的二维光子晶体面积可达 280 cm2。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2942176