反蛋白石及TiO_2空心微球非密堆积FCC结构光子晶体的制备及其带隙研究

【摘要】： 光子晶体在信息技术产业等领域有着广阔的应用前景,光子晶体的制备及带隙研究成了当今世界研究的热点。 本论文通过改进的溶胶-凝胶技术制备了高质量的二氧化硅微球。采用无乳化剂乳液聚合方法合成了单分散的聚苯乙烯微球。 探讨了垂直沉积法组装胶体晶体的原理,利用垂直沉积技术制备了高质量的二氧化硅和聚苯乙烯微球胶体晶体,总结了二氧化硅和聚苯乙烯两种微球胶体晶体的适宜生长条件。 结合胶体晶体模板技术,采用二氧化硅微球胶体晶体为模板,通过简易的无乳化剂乳液聚合法制得了三维高度有序、结构完整的聚苯乙烯反蛋白石结构光子晶体。利用聚苯乙烯微球胶体晶体为模板,通过溶胶-凝胶技术制备了高质量的二氧化钛反蛋白石结构光子晶体。SEM(扫描电子显微镜)、TEM(透射电子显微镜)图片显示出这两种晶体在较大范围内保持着FCC(面心立方)密排的有序结构。 设计了一种空心球非密堆积FCC结构光子晶体模型,这种结构的光子晶体在第八、九能带之间存在着相当宽的三维完全光子带隙,而且产生这一光子带隙所需要的介电对比度很低。结合溶胶-凝胶技术及湿法刻蚀技术,制备了二氧化钛空心球非密堆积FCC结构光子晶体。 对于FCC结构高频带的光子带隙来说,晶体结构的无序和缺陷对光子带隙的影响是相当大的,我们在空心球非密堆积FCC结构基础上提出了空心球的非密堆积FCC单轴结构模型。能带计算结果表明该模型在低频带(第二、三能带)之间存在一个三维完全光子带隙。我们还讨论了不同结构参数对带隙宽度和带隙中心频率的影响。