镱铥掺杂的钛酸钡反蛋白石光子晶体的制备及其发光性能的研究

发布时间：2017-08-18 01:25

  本文关键词：镱铥掺杂的钛酸钡反蛋白石光子晶体的制备及其发光性能的研究

  更多相关文章： 光子晶体 反蛋白石光子晶体 光子带隙 上转换发光 协同自组装

【摘要】：科技的进步为人们的生产生活带来便利的同时,也给人和自然之间带来不可避免的矛盾：人类对资源无休止的需求和自然界有限的资源供给；人类为获得更大利益而不知节制地去破坏环境,导致土地沙漠化、空气污染、水资源紧缺等。人们是否可以依靠技术的进步解决这些问题,是很好的研究课题。在资源有限的情况下,提高资源的利用率是个很好的选择。钛酸钡具有高的介电常数,是优良的铁电性材料。自从被发现以来就受到广泛的关注,被广泛应用在信息存储、压力传感器、全息相机、稳压开关、压电陶瓷等。稀土上转换发光(UPC)又称反斯托克斯发光,是指用低频光激发出高频光。将稀土元素掺杂到半导体材料中,使其某种特性得到改善是当今功能性材料研究的一个方向。镱和铥之间具有很好的能级匹配,共掺可以提高铥的发光性能。将镱铥掺入钛酸钡中,可以研究压电效应对镱铥发光的影响。光子晶体是指介电常数成周期性变化的结构,具有光子带隙(PBG)和光子局域等特性。其中光子带隙可以通过结构和介电常数进行调节,而光子带隙又可以对发光进行调制：当光的频率落在光子带隙内时,其发光强度受到抑制。所以,将镱铥共掺的钛酸钡制备成光子晶体结构时,可以研究PBG对发光的影响。更有意义的是,由于钛酸钡的压电特性,在外电场的作用下钛酸钡反蛋白石光子晶体会发生形变,从而影响其PBG位置,进而影响镱铥的发光。这样,我们就可以研究PBG效应和压电效应协同作用下的发光行为,制备出发光可调的功能材料。基于上述思想,采用无皂乳液法制备不同粒径的聚苯乙烯微球,采用协同自组装法制备不同PBG位置的三维蛋白石光子晶体模板。采用溶胶-凝胶法制备镱铥共掺的钛酸钡溶胶,采用旋涂法将溶胶填充到蛋白石模板中,制备出具有反蛋白石结构的镱铥共掺的钛酸钡。同时,采用旋涂法在石英基底上制备出没有反蛋白石结构的镱铥共掺的钛酸钡薄膜作为对比样品。论文分别对聚苯乙烯三维蛋白石光子晶体、钛酸钡反蛋白石光子晶体和没有光子晶体结构的对比样品做了xrd、透射率、扫描电镜(SEM)、发光等测试。结果表明,制备的聚苯乙烯微球粒径均匀、聚苯乙烯蛋白石光子晶体按照面心立方结构排布整齐,具有良好的光子带隙。钛酸钡反蛋白石光子晶体成相很好,和空气孔组成周期性排布,构成了反蛋白石结构,也具有良好的光子带隙。钛酸钡反蛋白石光子晶体的发光特性和对比样品相比,可以明显地看出,反蛋白石结构的发光受到了光子带隙的调制：发光频率落在光子带隙中时,发光受到明显的抑制,而落在光子带隙边缘时发光获得增强。
【关键词】：光子晶体 反蛋白石光子晶体 光子带隙 上转换发光 协同自组装
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 引言13-15
• 1.1 课题研究的背景和意义13
• 1.2 课题研究的主要内容13-15
• 第2章 光子晶体的分类、制备及其应用15-24
• 2.1 光子晶体的概念及其特征15
• 2.2 光子晶体的分类15-16
• 2.3 光子晶体的制备方法16-20
• 2.3.1 自然界中的光子晶体16-17
• 2.3.2 三维光子晶体的人工制备17-20
• 2.3.2.1 钻孔法17-18
• 2.3.2.2 层层堆积法18
• 2.3.2.3 自复制法18-19
• 2.3.2.4 光刻蚀法19
• 2.3.2.5 重力自组装法19
• 2.3.2.6 静电力自组装19-20
• 2.3.2.7 毛细管力自组装法20
• 2.3.2.8 垂直提拉法20
• 2.3.2.9 协同自组装20
• 2.4 三维光子晶体的应用20-24
• 2.4.1 光子晶体于高能反射镜上的应用20-21
• 2.4.2 光子晶体在光波导的应用21
• 2.4.3 光子晶体在光纤上的应用21-22
• 2.4.4 光子晶体在传感器上的应用22
• 2.4.5 光子晶体在染料敏化电池22-23
• 2.4.6 光子晶体在光催化上的应用23-24
• 第3章 聚苯乙烯微球的制备24-29
• 3.1 实验装置及药品24-25
• 3.2 实验过程25-28
• 3.2.1 实验装置的组装25-26
• 3.2.2 实验过程及注意事项26
• 3.2.3 聚苯乙烯微球溶液的处理26-27
• 3.2.4 聚苯乙烯微球溶液的质量分数测定27-28
• 3.2.5 聚苯乙烯转换率的测定28
• 3.3 本章小结28-29
• 第4章 三维光子晶体的制备与理论计算29-34
• 4.1 三维光子晶体光子的制备29-31
• 4.1.1 石英基底的亲水处理29-30
• 4.1.2 三维光子晶体的自组装自备30-31
• 4.2 模板的特性表征31-33
• 4.2.1 由带隙位置计算微球粒径31-32
• 4.2.2 三维光子晶体的测量32-33
• 4.3 本章小结33-34
• 第5章 溶胶-凝胶法制备Yb、Tm掺杂的钛酸钡34-39
• 5.1 钛酸钡的特性、应用以及制备34
• 5.2 溶胶凝胶法制备Yb、Tm掺杂的钛酸钡34-36
• 5.2.1 实验器材及药品34-35
• 5.2.2 镱铥掺杂的钛酸钡溶胶的配置35-36
• 5.3 钛酸钡粉体的烧制及结构表征36-38
• 5.3.1 干粉的烧制36-37
• 5.3.2 结果与表征37-38
• 5.4 本章小结38-39
• 第6章 钛酸钡反蛋白石光子晶体的制备39-44
• 6.1 三维光子晶体模板的预处理39
• 6.2 钛酸钡溶胶的填充39-40
• 6.2.1 模板辅助法的分类39
• 6.2.2 旋涂法制备钛酸钡反蛋白石光子晶体39-40
• 6.3 实验结果的表征40-43
• 6.4 本章小结43-44
• 第7章 反蛋白石结构对UPC的影响44-50
• 7.1 无蛋白石结构对比样品的制备44
• 7.2 样品的UPC测量44-45
• 7.3 实验结果45-50
• 第8章 结论与展望50-51
• 8.1 结论50
• 8.2 展望50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-56
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况56

【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 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 李会玲;王京霞;宋延林;;光子晶体的制备与应用研究[J];自然杂志;2009年03期

9 陈义;李晋成;;光子晶体在分析化学中的应用[J];色谱;2009年05期

10 章从福;;日本科学家开发出生产高质量光子晶体新技术[J];半导体信息;2009年05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：692057