基于溶剂萃取法的光子晶体薄膜的制备及研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ekinhushuang
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自从光子晶体材料问世以来,由于其独特的结构和性质,使得其在光化学、色彩显示、传感器等方面具有很广泛的应用。胶体自组装法是制备光子晶体的一个重要途径,由于其操作简单、经济适用等优点备受关注,常见的自组装方法有重力沉降、垂直沉积法、漂浮组装等,但制备均匀平整且厚度可控的光子晶体薄膜仍然是一个挑战。本文基于溶剂萃取法提出一种新的制备光子晶体薄膜的方法,与传统自组装方法利用蒸发去除溶剂不同,这里采用溶剂萃取将悬浮液的水分去除。为了得到均匀平整且厚度可控的光子晶体薄膜,设计了一个双基片装置作为辅助。本文的研究内容及结果如下:(1)以正辛醇为萃取剂用溶剂萃取法制备了PS光子晶体薄膜,考察实验条件对光子晶体生长速度的影响。实验结果显示:光子晶体生长速度随温度及悬浮液浓度升高而增大,其主要原因是溶剂的萃取速度随温度升高而增大;改变萃取剂时,萃取剂中正丁醇的占比越高光子晶体生长速度越快,因为正丁醇的萃取速度大于正辛醇。此外,通过调整双基片的间隙制备了不同厚度的光子晶体薄膜,从而实现对薄膜厚度的控制。(2)通过测量光子晶体和胶体悬浮液交界处的光谱,研究了光子晶体组装机理。结果显示:分散在水中的PS微球,在由萃取导致的溶剂对流的驱动下经历了无序、非密堆积胶体晶体、密堆积胶体晶体(光子晶体)三种状态。此外,向萃取剂添加指示剂罗丹明B,分别测量生长过程中光子晶体不同区域的光谱,结果显示:生长中的光子晶体没有测得罗丹明B的吸收峰,这意味着在生长过程中,PS悬浮液与正辛醇形成的油水界面始终处于基片的下端位置,并不随光子晶体的生长向上移动。(3)用溶剂萃取法成功制备了SiO2光子晶体,实验发现其生长速度与温度成正比;此外还研究了退火对光子禁带的影响,结果显示退火后光子晶体带隙位置发生了蓝移。
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