基于液态光子晶体的传感器
发布时间：2022-02-13 16:54
液态光子晶体是被溶剂包裹的胶体晶有序阵列,也是与胶体饱和溶液共存的液态自组装结构。作为一种新型智能材料,液态光子晶体具有流变性、介稳定性、可逆组装与解组装等特性。其晶体结构受到微弱刺激时可产生灵敏的变化,所以光子晶体受到外界不同物理或化学条件的刺激时便会产生相应的光学响应。以上特性使液态光子晶体能够应用于传感器,反射型显示器件等各个领域,不断受到研究学者的关注。传统的光子晶体传感器多采用固态或凝胶态的响应材料,在实际应用中存在一定的局限性,同时也有一些关键科学问题亟待解决,例如,如何进一步提高传感器检测结果的准确性?如何在不同环境条件下获得可重现的测量结果?为了解决以上问题,本论文以热挥发诱导析出法制备了液态光子晶体,并在此基础上分别构筑了基于液态光子晶体的Cu2+检测试剂和温度传感器,探索并验证液态光子晶体在传感器应用领域的可行性和适用性。在液态光子晶体Cu2+检测试剂的工作中,我们利用SiO2胶粒在含有碳酸丙烯酯（PC）和水杨酸（Sal）的乙醇溶液中过饱和析出,制备出一种含有Sal的“SiO2/...
【文章来源】：华东师范大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
象鼻虫的光学显微照片
2020届华东师范大学硕士论文3图1.2调节3D响应型光子晶体结构参数的示意图Figure1.2Schematicdiagramofadjustingtheparametersof3Dresponsephotoniccrystalstructure1.2基于固态、凝胶态光子晶体的传感器近年来，物理或化学传感器是响应型光子晶体应用较广泛的领域，而此类传感器所使用的材料形态多为固态或凝胶态，其内部系统中除了含有传统光子晶体的周期性结构，还含有能对外界某种刺激产生特定响应的材料，响应材料既可以直接作为组成光子晶体传感器的结构基元或被修饰到结构基元上，也可以将响应材料填入光子晶体的晶格间隙中形成一个复合材料。设计和制备光子晶体传感器一般分为两个的步骤，一是根据特定的需求选择响应材料并将其结合到光子晶体中，响应材料可以从各种物质中选择，如聚合物、无机物以及化学分子等；二是优化光子系统的性能，通常包括响应速度、检测范围、选择性等。通常光子晶体传感器均具有响应速率快、响应变化可逆、衍射波长或强度可调控范围较大以及易集成化的优点，因此光子晶体传感器常常应用于温度传感[11;12]、机械力传感[13;14]、粘度传感[15]、磁场传感[16-18]、湿度传感[19-22]、pH传感[23;24]、化学[25-30]和生物物质传感[31-35]等各种物理和化学领域。这一章我们将以典型固态、凝胶态光子晶体传感器为例介绍这类新材料的设计理念、结构特征、响应原理及未来发展等。1.2.1光子晶体温度传感器通常光子晶体温度传感器的设计主要有两种方法，其中研究最广泛也是最先
凸怪?硕訡a2+具有响应的固态胆甾液晶与聚丙烯酸交织的互穿聚合物网络，由于聚合物网络中的羧基基团与二价金属离子络合成桥状结构从而收缩了光子晶体网络中的螺旋节距，二价离子对羧酸盐的高亲和力阻止了聚合物网络的膨胀，所以金属离子的引入使得的反射波长发生蓝移（如图1.4）。而且相对于其他人体中常见的金属离子，Ca2+具有最强的螯合亲和力，且人体体液中Ca2+的浓度范围正好位于该传感器的检测范围内，所以这种光子晶体传感器为人体血液及唾液中Ca2+的检测提供了低成本、无需电池、易于使用的新方法。图1.42×2阵列膜分别与(i)低钙血症-ii，(ii)低钙血症-i，(iii)正常和(iv)高钙血症的(a)血清和(b)唾液处理后的紫外可见光谱和相应照片Figure1.4UV–visspectraandthecorrespondingphotographsof2×2arrayfilmstreatedwith(i)hypocalcemia-ii,(ii)hypocalcemia-i,(iii)normal,and(iv)hypercalcemia(a)serumand(b)saliva在已报道的众多工作中，研究人员常常利用反向蛋白石的规则大孔结构来构建对化学蒸气产生响应的光子晶体传感器，当化学蒸气扩散进入反向三维大孔结构中而赶走了其中原来含有的空气，这将影响传感器体系的综合折射率从而改变反射波长的位置，就可以通过反射峰位移量来判断蒸气的种类甚至浓度大校多
本文编号：3623564
【文章来源】：华东师范大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
象鼻虫的光学显微照片
2020届华东师范大学硕士论文3图1.2调节3D响应型光子晶体结构参数的示意图Figure1.2Schematicdiagramofadjustingtheparametersof3Dresponsephotoniccrystalstructure1.2基于固态、凝胶态光子晶体的传感器近年来，物理或化学传感器是响应型光子晶体应用较广泛的领域，而此类传感器所使用的材料形态多为固态或凝胶态，其内部系统中除了含有传统光子晶体的周期性结构，还含有能对外界某种刺激产生特定响应的材料，响应材料既可以直接作为组成光子晶体传感器的结构基元或被修饰到结构基元上，也可以将响应材料填入光子晶体的晶格间隙中形成一个复合材料。设计和制备光子晶体传感器一般分为两个的步骤，一是根据特定的需求选择响应材料并将其结合到光子晶体中，响应材料可以从各种物质中选择，如聚合物、无机物以及化学分子等；二是优化光子系统的性能，通常包括响应速度、检测范围、选择性等。通常光子晶体传感器均具有响应速率快、响应变化可逆、衍射波长或强度可调控范围较大以及易集成化的优点，因此光子晶体传感器常常应用于温度传感[11;12]、机械力传感[13;14]、粘度传感[15]、磁场传感[16-18]、湿度传感[19-22]、pH传感[23;24]、化学[25-30]和生物物质传感[31-35]等各种物理和化学领域。这一章我们将以典型固态、凝胶态光子晶体传感器为例介绍这类新材料的设计理念、结构特征、响应原理及未来发展等。1.2.1光子晶体温度传感器通常光子晶体温度传感器的设计主要有两种方法，其中研究最广泛也是最先
凸怪?硕訡a2+具有响应的固态胆甾液晶与聚丙烯酸交织的互穿聚合物网络，由于聚合物网络中的羧基基团与二价金属离子络合成桥状结构从而收缩了光子晶体网络中的螺旋节距，二价离子对羧酸盐的高亲和力阻止了聚合物网络的膨胀，所以金属离子的引入使得的反射波长发生蓝移（如图1.4）。而且相对于其他人体中常见的金属离子，Ca2+具有最强的螯合亲和力，且人体体液中Ca2+的浓度范围正好位于该传感器的检测范围内，所以这种光子晶体传感器为人体血液及唾液中Ca2+的检测提供了低成本、无需电池、易于使用的新方法。图1.42×2阵列膜分别与(i)低钙血症-ii，(ii)低钙血症-i，(iii)正常和(iv)高钙血症的(a)血清和(b)唾液处理后的紫外可见光谱和相应照片Figure1.4UV–visspectraandthecorrespondingphotographsof2×2arrayfilmstreatedwith(i)hypocalcemia-ii,(ii)hypocalcemia-i,(iii)normal,and(iv)hypercalcemia(a)serumand(b)saliva在已报道的众多工作中，研究人员常常利用反向蛋白石的规则大孔结构来构建对化学蒸气产生响应的光子晶体传感器，当化学蒸气扩散进入反向三维大孔结构中而赶走了其中原来含有的空气，这将影响传感器体系的综合折射率从而改变反射波长的位置，就可以通过反射峰位移量来判断蒸气的种类甚至浓度大校多
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