介孔胶体光子晶体的制备及应用

发布时间：2017-12-15 17:37

  本文关键词：介孔胶体光子晶体的制备及应用

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【摘要】：光子晶体是介电常数在空间上呈周期性分布的材料,能量在光子晶体带隙内的光子,无法被传播。通过对光子晶体的设计,人们可以实现对光子的调控。胶体光子晶体是由一种或多种单分散胶体粒子组装而成的有序结构材料。由于制备胶体光子晶体过程方便、快速、有效,因此胶体光子晶体材料得到了广泛的关注。介孔材料是一类孔径大小在2-50纳米之间的多孔材料,具有比表面积高、孔道结构规整有序、孔径大小连续可调等特点,在分子的吸附、分离,催化反应,电极材料、传感器、载药缓释等领域得到了广泛的研究和应用。利用介孔材料制备光子晶体,可以将介孔材料的高比表面积、强吸附能力与光子晶体的调制光子的能力相结合,对于可视化吸附、分离过程、气体传感、动态防伪等领域的研究和应用有着重要的意义。因此,本论文合成了单分散性介孔二氧化硅胶体粒子,并利用胶体粒子自组装制备了各种形貌的介孔胶体光子晶体,并研究了其在气体检测、动态防伪编码检测等方面的应用。具体研究内容有：(1)首先合成了单分散实心二氧化硅胶体粒子。并以实心二氧化硅微球为种子,在其表面生长一层均匀的介孔二氧化硅壳层,生成具有高比表面积的单分散介孔二氧化硅胶体粒子。研究了反应条件对介孔二氧化硅胶体粒子单分散性的影响,并进行理论解释。该方法可很好地控制介孔胶体粒子尺寸,并保持良好的单分散性。(2)以单分散介孔二氧化硅胶体粒子为原料,使用垂直沉积法、微流控的方法制备得到高质量的介孔二氧化硅胶体光子晶体薄膜、微球。利用喷墨打印技术制备图案化胶体光子晶体,研究了打印墨水组分、打印基底、干燥温度等参数对于介孔胶体光子晶体图案的质量的影响。并且研究了介孔胶体光子晶体的气体响应特性。(3)基于介孔胶体光子晶体膜,将不同荧光分子分别负载在介孔胶体光子晶体的介孔孔道内,制备荧光-介孔胶体光子晶体复合气体检测阵列,并开展气体检测工作。该传感阵列能够根据荧光信号识别区分各种气体,并通过反射光谱数据检测气体浓度。(4)基于喷墨打印技术,通过在硬性或柔性基底上打印介孔胶体粒子溶液,制备了具有气体响应性能的介孔胶体光子晶体图案。该介孔胶体光子晶体图案对特定的气体能够迅速产生颜色变化响应。通过控制介孔二氧化硅胶体粒子的介孔占空比以及粒径等参数,控制介孔胶体光子晶体图案的颜色以及气体响应性颜色变化性质。最终设计并制备了多彩响应变色以及含隐藏图案的多种介孔胶体光子晶体图案,并研究了其在防伪中的应用。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O734

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本文编号：1292859