基于PEGDA的响应性光子晶体构筑及应用

发布时间：2020-03-20 23:07

【摘要】：光子晶体是一类由不同折射率的介质周期性排列形成的新型材料,其光子带隙这一特殊性能使其能够对光的传播进行调控。然而对于传统光子晶体来说其周期性结构是固定的,难以实现对光子晶体反射光谱的可逆调控。响应性光子晶体是将响应性聚合物与光子晶体相结合,得到一类微观结构具备响应性能的新型材料,其结构可以在外界刺激作用下发生形变。因为响应性光子晶体具备结构上的响应性能,其反射峰强度和位置也能够通过外界刺激进行调控。本文使用SiO_2构建蛋白石光子晶体模板,填充聚合物单体的前驱液后使用去模板法分别制备了热、近红外光响应性的反蛋白石光子晶体,探讨了材料在信息存储、图案显示等领域的应用。首先,本文制备了聚乙二醇(600)双丙烯酸酯(PEGDA)和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)的热响应光子晶体。该光子晶体具备压力编辑及温度触发恢复性能。向光子晶体中掺杂荧光染料后,检测到光子晶体对染料的发光强度存在抑制作用,抑制效果达到83%,且该抑制作用可以通过压力和温度控制进行可逆调控。在材料表面进行图案压印后,在自然光、荧光条件下观察到了多重图案。其次,本文向PEGDA-co-PUA光子晶体体系中掺杂一系列近红外吸收材料,制备近红外光响应的光子晶体。该光子晶体具备压力编辑和近红外光触发恢复性能,其结构能够在压力作用下发生塌陷并在该形变状态下保持稳定,使用980 nm激光照射后能够在7 s内恢复到原始状态(激光功率密度为6.0 W/cm~2),实现了光子晶体结构在有序和形变状态间的可逆转变。不仅如此,材料表面还可以使用激光书写和图章压印的方式进行图案的反复写入和擦除,实现了一种双向可擦写的性能。该光子晶体的响应条件为“非接触式”的光刺激,拓展了材料在先进光学器件、信息存储等领域的应用。最后,本文制备了丙烯酸异冰片酯(IBOA)和聚乙二醇(600)双丙烯酸酯(PEGDA)的热响应光子晶体。在拉伸力的作用下,该光子晶体的结构能够发生形变并稳定在多个形变状态,加热后光子晶体的结构能够恢复到原始状态,实现了多个稳定结构间的结构重筑。向光子晶体中掺杂荧光染料后,不同形变状态下的光子晶体实现了对荧光染料发光强度的多重调控,最大抑制效果达到63%。在材料表面进行图案化、微图案化处理后,在光学显微镜、荧光显微镜下观察到了精度达到100μm的边界清晰、对比强烈的多重微图案,证明材料在防伪、显示等领域具备良好的应用前景。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O734

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本文编号：2592339