水凝胶光子晶体温度特性的研究

发布时间：2017-10-30 17:06

  本文关键词：水凝胶光子晶体温度特性的研究

  更多相关文章： 光子晶体 光子带隙 水凝胶 温度

【摘要】：光子晶体是一种具有光子带隙的周期性电介质结构的新型功能材料,频率位于带隙范围内的光子,在光子晶体内部无法传播。光子晶体带隙性质使其像半导体能够控制电子传播一样,能够控制光线传播,因而在光通讯及传感器领域具有潜在的广泛的应用。光子晶体的带隙性能受其介质排列层数、晶格常数、入射角度以及填充介质折射率等因素的影响。温敏响应性光子晶体在外界温度场刺激下,聚合物凝胶体积发生变化引起光子晶体晶格常数的变化,进而影响光子晶体的带隙性能,从而能够实现光学性能的调控。由于聚-N异丙基丙烯酰胺的温敏响应性光子晶体具有快速的响应性,因而在温度传感器方面有着广阔的应用前景。本文从光子晶体的理论和仿真分析入手,分析光子带隙的影响因素,探讨响应范围较大的反蛋白石温敏水凝胶光子晶体的制备方法及其温度响应性能。论文的主要工作内容如下:首先,理论和仿真分析蛋白石面心立方结构和反蛋白石面心立方结构三维光子晶体的能带结构,证明蛋白石面心立方结构光子晶体不存在完全光子带隙,反蛋白石结构面心立方光子晶体在特定条件下存在完全光子带隙。其次,采用垂直沉积法自组装制备了Si O2面心立方结构光子晶体,仿真和实验分析光子晶体层数、微球粒径、填充介质折射率对于光子晶体带隙的影响,随着光子晶体层数的增加,带隙中心波长基本不变,带隙的透射率逐渐降低,随着微球粒径的增加,入射角度的减小,填充介质折射率的增加,带隙中心波长逐渐增大。最后,采用胶体晶体模板法制备反蛋白石结构温敏水凝胶光子晶体。对PNIPAM水凝胶进行平衡溶胀比的测量,依据平衡溶胀比和Bragg-Snell公式理论建立和实验测量带隙中心波长和温度之间的联系。综上所述,本文通过理论、仿真和实验相结合探讨面心立方结构光子晶体带隙性质的影响因素,并采用胶体晶体模板法制备反蛋白石结构温敏水凝胶光子晶体,针对所制备的反蛋白石结构水凝胶光子晶体,分析其温敏特性。
【关键词】：光子晶体 光子带隙 水凝胶 温度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 课题研究的目的与意义10
• 1.3 光子晶体概述10-13
• 1.3.1 光子晶体概念10-11
• 1.3.2 光子晶体的主要特征11-13
• 1.4 光子晶体制备及其传感器应用在国内外的研究现状及分析13-21
• 1.4.1 蛋白石结构光子晶体的制备方法13-16
• 1.4.2 反蛋白石结构光子晶体的制备方法16-17
• 1.4.3 温度响应性光子晶体的研究现状17-20
• 1.4.4 国内外研究目前面临的挑战20-21
• 1.5 本文研究的主要内容21-22
• 第2章 光子晶体带隙的数值分析方法22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 麦克斯韦方程组22-24
• 2.3 平面波展开法24-27
• 2.3.1 三维光子晶体周期性24-25
• 2.3.2 布里渊区域25-26
• 2.3.3 布洛赫定理26
• 2.3.4 三维光子晶体的平面波展开法的本征方程26-27
• 2.4 传输矩阵法27-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 三维光子晶体的能带仿真分析34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 面心立方结构光子晶体的光子能带分布34-38
• 3.2.1 蛋白石结构光子晶体的光子带隙分析35-36
• 3.2.2 反蛋白石结构光子晶体能带分析36-38
• 3.3 SiO_2面心立方结构光子晶体的带隙特性影响因素分析38-45
• 3.3.1.SiO_2光子晶体的密堆积面心立方结构模型38-40
• 3.3.2 密堆积面心立方SiO_2光子晶体的带隙存在性40-41
• 3.3.3 晶格常数对SiO_2光子晶体带隙性质的影响41-42
• 3.3.4 入射角度对SiO_2光子晶体带隙性质的影响42-43
• 3.3.5 填充介质折射率对SiO_2光子晶体带隙性质影响43-45
• 3.3.6.SiO_2三维光子晶体带隙性质的调控方法45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 水凝胶光子晶体的制备及温度特性分析46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 温敏水凝胶性质研究46-48
• 4.2.1.PNIPAM水凝胶的制备46-47
• 4.2.2.PNIPAM水凝胶平衡溶胀比的测量47-48
• 4.3 蛋白石光子晶体的制备与表征48-54
• 4.3.1.SiO_2胶体晶体的制备48
• 4.3.2.SiO_2胶体晶体的形貌分析48-50
• 4.3.3.SiO_2胶体晶体的光学性能分析50-54
• 4.4 反蛋白石温敏水凝胶光子晶体的制备与表征54-56
• 4.4.1 反蛋白石温敏水凝胶光子晶体的制备54-55
• 4.4.2 反蛋白石温敏水凝胶光子晶体的形貌分析55-56
• 4.5 反蛋白石温敏水凝胶温度特性分析56-59
• 4.5.1 反蛋白石温敏水凝胶光子晶体理论分析56-57
• 4.5.2 反蛋白石温敏水凝胶光子晶体实验分析57-59
• 4.6 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 方舟 ,严寒 ,小平;光子晶体[J];光机电信息;2002年12期

2 易小菊;控制光子的“半导体”——光子晶体[J];湖南大学学报(自然科学版);2003年S1期

3 ;科学家获得光子晶体纳米结构[J];光学仪器;2003年02期

4 李蔚;光电子技术的又一重大发展——光子晶体及其应用[J];世界产品与技术;2003年06期

5 胡兴军;杨燕;;光子晶体的技术和新产品开发情况[J];集成电路应用;2004年10期

6 蒋锐 ,曹三松;光子晶体可能成为磁激发器[J];激光技术;2004年03期

7 开桂云,董孝义,秦玉文,何杰,巴恩旭,汪美林;《全国光子晶体及其应用学术交流与发展战略研讨会》纪要[J];光电子·激光;2005年08期

8 孙涛涛;金碧辉;;光子晶体 数据聚焦分析[J];科学观察;2006年05期

9 张勐;;面向未来超级计算机的光子晶体管[J];世界科技研究与发展;2007年04期

10 胡萍;何剑;;探究光子晶体的缺陷美[J];农村经济与科技;2008年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 顾忠泽;赵祥伟;朱蓉;;基于光子晶体的生物分子编码[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

2 娄建勇;徐铁军;徐宝连;邰伟莹;;异质缺陷光子晶体的高性能光捕获研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年

3 李志远;刘荣鹃;傅晋欣;;磁光光子晶体的理论和实验研究[A];第八届全国光学前沿问题讨论会论文集[C];2009年

4 王京霞;崔丽影;田恩涛;江雷;宋延林;;大面积、高强度聚合物光子晶体的制备[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

5 葛建平;;胶体光子晶体的磁组装及显示性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

6 马龙;;光电子学新技术-光子晶体[A];江苏省通信学会2004年学术年会论文集[C];2004年

7 汪河洲;;光子晶体研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

8 胡小永;江萍;杨宏;龚旗煌;;飞秒超快速可调谐有机光子晶体微腔[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

9 顾忠泽;刘兆彬;赵祥伟;;可用于生物分子编码的自组装光子晶体[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

10 王志兵;叶永红;;光子晶体中光学微腔的发光调制[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 贾正根;光子晶体学俏然崛起[N];中国电子报;2001年

2 清华大学材料科学与工程系 周济;光子晶体：光信息时代的“半导体”[N];中国电子报;2005年

3 张孟军;攀登光子晶体高峰的人[N];科技日报;2004年

4 刘霞;美制成兼具电学光学性质的光子晶体[N];科技日报;2011年

5 丛林;聚合物光子晶体研究取得进展[N];中国化工报;2011年

6 华凌;耐上千摄氏度高温的光子晶体问世[N];科技日报;2012年

7 杨健;中科院取得光子晶体理论创新[N];人民日报;2003年

8 ;我国光子晶体中原子自发辐射特性研究获突破[N];中国高新技术产业导报;2006年

9 新华;可变色塑料薄膜开发成功[N];福建科技报;2007年

10 ;穿上变色塑料薄膜“新衣”,食品变质一看就知[N];新华每日电讯;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 朱志宏;光子晶体应用理论研究[D];国防科学技术大学;2007年

2 王昕;平面光子晶体研究[D];复旦大学;2007年

3 王晓玲;光子晶体在生化传感中的应用研究[D];北京邮电大学;2009年

4 李岩;光子晶体及其应用的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2004年

5 李文超;折射率可调的光子晶体及实验的研究[D];河北工业大学;2011年

6 冷晗阳;利用二维及三维非线性光子晶体调控倍频光波和纠缠光子的实验研究[D];南京大学;2014年

7 葛潇尘;基于光子晶体和人造表面等离子体的谐振腔器件研究[D];浙江大学;2015年

8 邢慧慧;可调带隙光子晶体/液晶光功能材料的制备及调控机理研究[D];北京化工大学;2015年

9 傅涛;等离子体填充金属光子晶体Cherenkov辐射源研究[D];电子科技大学;2014年

10 朱海滨;光子系统中非互易传输现象及光子器件研究[D];上海交通大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李天龙;光子晶体热控涂层的力学行为研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 王栋柱;光子晶体与金属纳米复合体系的光学增强效应研究[D];西南大学;2015年

3 余钧;太赫兹波段二维金属光子晶体的透射研究[D];清华大学;2014年

4 范卉青;多孔硅表面缺陷腔光子晶体的传感特性研究[D];燕山大学;2015年

5 谢望;铁酸铋反蛋白石光子晶体的制备和光催化性能的研究[D];辽宁大学;2015年

6 刘雯;多重准晶光子晶体的设计和制作方法研究[D];郑州大学;2015年

7 马桂杰;SOI基SiO_x柱光子晶体的研究[D];山东建筑大学;2015年

8 路光;光波在非对称多层膜光子晶体中的零反射传输特性[D];山东大学;2015年

9 蔡园园;电泵浦有机准晶光子晶体激光器的制备及性能研究[D];中央民族大学;2015年

10 黄哲;类石墨烯与渐变结构光子晶体的设计与应用研究[D];山东大学;2015年

，

本文编号：1118512