收藏本站
《陕西科技大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

SiO_2光子晶体的自组装制备及其光子带隙性质研究

方俊  
【摘要】: 光子晶体是一种具有光子带隙的周期性电介质结构,落在光子带隙中的光将不能传播。光子晶体由于具有独特的调节光子传播状态的功能,成为实现光通讯和光子计算机的基础,是信息功能材料研究的前沿领域。 目前,光子晶体的制备是发展光子晶体的关键,而可见光和近红外波段光子晶体的制备更是难点。将亚微米级单分散颗粒实现三维有序聚集组装成胶体晶体是制备可见光和近红外波段光子晶体的有效方法。 本论文采用单分散SiO_2胶体球作为胶体光子晶体的组成基元,通过丁二酸酯化改性提高SiO_2胶体球的表面电荷密度和球间静电排斥作用,运用垂直沉积法在水溶液中自组装得到可见光和近红外波段的SiO_2光子晶体,并探讨了具有双尺寸分布SiO_2胶体球的成核和生长机理及其组装。通过X射线衍射分析仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、Zeta电位、紫外-可见-近红外(UV/Vis/NIR)透射光谱等分析测试手段对制备的材料、胶体晶体的结构与性能及它们之间的关联规律进行了表征和研究。 利用经典St?ber法,在乙醇介质中,以氨作催化剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,通过TEOS的水解和缩聚反应制备单分散SiO_2球形颗粒。主要研究了TEOS及催化剂氨水的量对于SiO_2胶体球粒径大小和粒径偏差的影响。XRD分析表明所合成的SiO_2胶体球为无定形态。FT-IR结果表明SiO_2胶体球表面富含羟基,为接枝丁二酸进行化学改性奠定基础。SEM结果显示所合成的SiO_2胶体球粒径在292~473nm范围内、粒径相对标准偏差小于5.0%,随氨水量增加,SiO_2胶体球的粒径逐渐变大,且粒径偏差减小,同样增加TEOS的量也可以得到粒径大且粒径偏差小的SiO_2胶体球。 为了提高SiO_2胶体球的表面电荷密度和球间静电排斥作用,将丁二酸通过酯化反应化学键合到SiO_2球表面上。FT-IR和XPS结果证明丁二酸一端的羧基与SiO_2胶体球表面的羟基发生了酯化反应。Zeta电位和标准氢氧化钠滴定测试结果显示,经丁二酸表面改性后,SiO_2胶体球在水溶液中的Zeta电位从?53.72mV提高到?67.46mV,表面电荷密度从0.19μC/cm2提高到0.94μC/cm2,提高了将近5倍。 以粒径为292nm和473nm的SiO_2胶体球为结构基元,采用垂直沉积法在水溶液中组装可见光和近红外波段的SiO_2胶体光子晶体。利用SEM观察胶体晶体的形貌、结构特点和缺陷情况,利用UV/Vis/NIR透射光谱研究胶体晶体的不完全光子带隙效应。讨论了丁二酸改性、悬浊液浓度、胶体球粒径、组装温度、pH值、热处理温度、入射光角度对所得到的SiO_2胶体晶体形貌和光子带隙的影响。结果表明:对比未改性的SiO_2胶体球,丁二酸改性的SiO_2胶体球形成的胶体晶体有序性更好,相应的带隙深且窄;所得到的SiO_2胶体晶体为fcc周期结构,表面为(111)晶面,呈正六边形排列,在胶体晶体中存在裂纹、空位、位错等缺陷;胶体晶体的厚度直接依赖于悬浊液的浓度,随浓度增加,胶体晶体的层数相应增加,悬浊液质量分数为0.3%时可得到质量较好的SiO_2胶体晶体;胶体球粒径的大小在透射光谱中表现为带隙中心位置的不同,且符合布拉格定律,对于粒径为292nm和473nm的SiO_2胶体球,相应的光子带隙位置分别在604nm和1047nm处,而且随着入射光和胶体晶体表面法线方向的夹角变大,光子带隙发生蓝移,说明SiO_2胶体晶体的光子带隙为赝带隙;沉积温度和pH值对胶体晶体的影响较大,温度为40℃和pH值为7.0时,可得到最为紧密的六方排列形式;经过热处理后的SiO_2胶体晶体结构更为致密,缺陷减少,光子带隙发生蓝移,且变窄和加深。 在制备单分散SiO_2胶体球的反应体系中引入NaCl电解质,发现了SiO_2胶体颗粒的双尺寸分布现象。合理的解释了双尺寸分布SiO_2胶体颗粒产生的原因,提出了双尺寸分布的SiO_2胶体颗粒的成核和生长机理。并利用所得到的双尺寸分布SiO_2胶体颗粒在乙醇溶液中自组装得到具有类似立方ZnS结构的SiO_2胶体晶体。 本论文研究工作在以下几方面做出了创新性成果:1)提出了采用丁二酸改性SiO_2胶体球以增加其表面电荷密度的新方法;2)在水溶液中自组装制备出密排结构的SiO_2胶体晶体并对制备影响因素进行了详细分析;3)制备出具有双尺寸分布的SiO_2胶体球并加以组装。
【学位授予单位】:陕西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O613.72

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 董丽玲;王深旗;彭海龙;熊华;;白藜芦醇分子印迹光子晶体水凝胶膜制备及性能研究[J];食品工业科技;2012年24期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 伍媛婷;双尺寸超材料结构的设计及自组装[D];陕西科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丛海林,曹维孝;胶体晶体中的两种排列方式及堆积模式[J];高等学校化学学报;2003年08期
2 黄忠兵,唐芳琼;二氧化硅/聚苯乙烯单分散性核/壳复合球的制备[J];高分子学报;2004年06期
3 郭红霞,范吉军,赵晓鹏;光子晶体及其制备方法研究进展[J];功能材料;2003年01期
4 王玲玲,方小龙,唐芳琼,杨传芳,刘会洲;单分散二氧化硅超细颗粒的制备[J];过程工程学报;2001年02期
5 赵丽,余家国,程蓓,赵修建;单分散二氧化硅球形颗粒的制备与形成机理[J];化学学报;2003年04期
6 胡行方,快素兰,于云,Troung Vo-Van;大面积3D有序介孔二氧化钛薄膜光子晶体制备与性能研究[J];无机材料学报;2005年06期
7 钱晓静,刘孝恒,陆路德,陈文杰,汪信;辛醇改性纳米二氧化硅表面的研究[J];无机化学学报;2004年03期
8 黄忠兵,高继宁,汪静,唐芳琼,袁春伟;改性聚苯乙烯微球的制备及其胶体晶体的组装[J];物理化学学报;2004年06期
9 曹洁明,常欣,郑明波,黄海宾,季红梅,刘劲松,柯行飞;三维SiO_2欧泊模板溶剂热法制备硫化锌光子晶体[J];物理化学学报;2005年05期
10 李明海,马懿,徐岭,张宇,马飞,黄信凡,陈坤基;二氧化硅人工蛋白石晶体(opal)的制备及其结构性质的研究[J];物理学报;2003年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘海兴;毛细管电泳在药物分析及物化常数测定中应用[D];河北大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵俊斌;何杰;罗水源;;Ni_(1.5)Ti_5NbO_(14)光催化剂的结构特征及性质[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年05期
2 陈加娜;叶红齐;谢辉玲;;超细粉体表面包覆技术综述[J];安徽化工;2006年02期
3 赵希鹏;;大孔容高比表面积硅胶的制备[J];安徽化工;2012年01期
4 田志环;;镉胁迫下泥鳅肝脏的红外光谱研究[J];安徽农业科学;2008年18期
5 刘飞;刘刚;;核桃和花生傅里叶变换红外光谱分析[J];安徽农业科学;2010年14期
6 舒新兴;蔡新安;李硕;刘长春;于璨;余忠定;;微波辐射稻壳灰制纳米SiO_2[J];安徽农业科学;2010年17期
7 李思蓓;解玉红;罗晶;冯炘;;秸秆预处理中木质纤维物质含量测定方法的研究进展[J];安徽农业科学;2011年03期
8 王志岚;陈华才;尹军峰;;近红外光谱分析技术在茶叶中的应用[J];现代农业科技;2008年15期
9 易明芳;;光子晶体的理论与实验研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2008年03期
10 何家忠;乙醇氧化制乙醛的实验改进[J];安庆师范学院学报(自然科学版);1998年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 余静;王继芬;李文君;;光谱法对毒品中添加成分的快速分析比较研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
2 童晶晶;高闽光;刘文清;徐亮;魏秀丽;金岭;程巳阳;;基于开放光路傅里叶变换红外光谱的VOCs测量研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 杨鲁勤;吴瑾光;巨新;;一种光致发光稀土配合物的光谱表征[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
4 许红亮;卢红霞;徐猛;王海龙;张锐;;以碳酸氢铵为沉淀剂制备纳米氧化锌粉体[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(6)[C];2007年
5 晋来超;施云海;李海涛;刘洪来;;含羟丙基Gemini阳离子表面活性剂与SDS的复配性质研究[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C];2010年
6 李志宏;巩雁军;吴东;;小角X射线散射在胶体界面化学研究中的应用[A];第八届全国X射线衍射学术会议论文集[C];2003年
7 孙宝国;田红玉;郑福平;谢建春;刘玉平;;可持续利用植物资源在香料合成中的应用[A];2005(第五届)中国日用化学工业研讨会论文集[C];2005年
8 张鸿伟;王凤山;;低分子肝素-超氧化物歧化酶结合物的二级结构分析[A];2006第六届中国药学会学术年会论文集[C];2006年
9 李清海;翟玉春;印万忠;;球形纳米二氧化硅的制备[A];第十届全国粉体工程学术会暨相关设备、产品交流会论文专辑[C];2004年
10 曹维孝;丛海林;杨凌露;;从胶体颗粒、胶体晶体为模板制备中空微球和大孔材料[A];2006年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高健;活性半焦低温催化氧化脱除烟气中NO的研究[D];中国海洋大学;2010年
2 王强;基于有机硅低表面能防污涂料的合成及其防污应用性能研究[D];中国海洋大学;2010年
3 方敬坤;直线型和手性芳炔化合物的合成与光谱性质研究[D];湖南大学;2010年
4 梁钦锋;扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究[D];华东理工大学;2010年
5 祝红梅;医疗废物中典型组分的热解焚烧特性及回转式流化冷渣三段焚烧系统的数值模拟[D];浙江大学;2009年
6 李晚谊;几种重要医药中间体的绿色催化合成研究[D];昆明理工大学;2009年
7 程文健;琼脂基微胶囊制备技术研究[D];浙江大学;2011年
8 樊继彩;关于溶剂效应对若干反应影响的实验和理论研究[D];浙江大学;2009年
9 安冬敏;稻壳生物质资源的综合利用[D];吉林大学;2011年
10 石宇;PdCl_2催化的卤代芳炔与芳基硼酸的偶联反应[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘晓云;硫酸肟酯类化合物的合成及其除草活性研究[D];华中农业大学;2010年
2 高丽;中华秋海棠甾醇类化合物的提取、纯化及微胶囊化研究[D];华中农业大学;2010年
3 刘勇;芳香炔醇的合成及其与硝基爆炸物的荧光猝灭效应研究[D];中国工程物理研究院;2010年
4 叶鑫;基于模板法的亚波长微结构的制备与减反射性能研究[D];中国工程物理研究院;2010年
5 李强;水合肼液相还原法制备纳米铜粉的研究[D];大连理工大学;2010年
6 王岳峰;自组装液内颗粒运动的数值分析与实验研究[D];大连理工大学;2010年
7 王萍;改性活性半焦脱除烟气中NO_X的研究[D];中国海洋大学;2010年
8 占孝云;聚苯乙烯模板法制备锂离子电池材料及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
9 周慧芬;微波辅助液相控制合成过渡金属氧化物及其性能研究[D];湖南工业大学;2010年
10 曾蕾;无机氧化物载银纳米抗菌材料的制备及抑菌性能研究[D];湖南工业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毕琮;李臻;刘倩;刘炜;;紫外分光光度法测定转基因烟草叶片中白藜芦醇的含量[J];山东农业科学;2011年01期
2 刘晓旭;王选章;;左手材料的性质及研究动态[J];长春大学学报;2006年10期
3 赵伟;赵晓鹏;;左手材料的研究进展[J];材料导报;2006年02期
4 冯瑞华;;超材料研究文献计量分析[J];材料导报;2009年07期
5 范宝林;向礼琴;马鹤立;罗春荣;赵晓鹏;;海胆状Ag@TiO_2超材料的制备与平板聚焦效应[J];材料导报;2011年16期
6 王纪霞;张秋禹;苗振华;张和鹏;;单分散二氧化硅微球的制备及粉体分散方法的研究进展[J];材料科学与工程学报;2008年05期
7 毛丹;姚建曦;王丹;;有机溶剂对正硅酸乙酯水解制备二氧化硅微球的影响[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期
8 李澄;齐利民;;胶体晶体[J];大学化学;2006年05期
9 孙露敏;;sol-gel法在有机-无机杂化体系中制备二氧化硅微粒[J];分子科学学报;2008年04期
10 王泉;谭渊;杨勇;袁乃昌;;人工磁导体在超近反导系统中的应用[J];国防科技大学学报;2012年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 谭春华;InP-SiO_2三维光子晶体的MOCVD法制备和表征[D];华南师范大学;2005年
2 程冰;光子晶体用纳米颗粒的制备改性自组装及其光学性能[D];陕西科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 许丹;SiO_2乳胶粒子及其有序组装体的制备研究[D];武汉理工大学;2011年
2 闫志君;可见光区域三维SiO_2光子晶体的制备研究[D];兰州大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨更亮,宋秀荣,张红医,王德先,孙汉文;胶束毛细管电泳法测定牡丹皮及芍药中牡丹酚和芍药甙[J];分析化学;1999年01期
2 王杰,陈海峰,赵岚峰;胶束电动色谱分离5种二氢吡啶类钙拮抗剂[J];分析化学;1999年01期
3 陈勇,程智勇,韩凤梅,杨新;高效毛细管电泳法测定生药当归中阿魏酸的含量[J];分析化学;1999年12期
4 陈勇,程智勇,韩凤梅,李珺,杨新;毛细管区带电泳法测定十全大补丸中的川芎嗪和芍药甙[J];分析化学;2000年02期
5 袁炜,吕建德,傅小芸;槟榔中槟榔碱和槟榔次碱的毛细管电泳分析[J];分析化学;2000年06期
6 李前锋,张红医,王怀文,陈兴国,胡之德;毛细管区带电泳法测定甲氧苄胺嘧啶和磺胺甲基异噁唑的离解常数及其在复方新诺明中的含量[J];分析化学;2000年07期
7 刘勤,周永新,汤立合,刘荫棠;毛细管区带电泳法分离检测神经性毒剂降解产物[J];分析化学;2000年07期
8 杨惠芳,丁天惠;毛细管胶束电动色谱测定复方茶碱片的有效成分[J];分析仪器;1999年02期
9 郝凌云,周勇,江万权,朱玉瑞,李凡庆,胡源,陈祖耀;聚苯乙烯胶态晶体的合成[J];高等学校化学学报;2001年11期
10 阎卫东,李丹,容建华,杨振忠;二氧化硅胶体晶模板技术制备间规聚苯乙烯有序孔材料[J];高等学校化学学报;2002年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方俊;王秀峰;程冰;;单分散SiO_2胶体球制备及其胶体晶体组装[J];功能材料与器件学报;2007年04期
2 方俊;王秀峰;王列松;程冰;伍媛婷;朱宛琳;;丁二酸改性二氧化硅胶体球的制备及其胶体晶体的组装[J];科学通报;2006年24期
3 刘立营;王秀峰;吴艳霞;章春香;;改性二氧化硅微球的制备及其光子晶体自组装[J];硅酸盐通报;2008年06期
4 刘立营;王秀峰;程冰;章春香;;NaCl改性SiO_2微球的制备及其自组装光子晶体研究[J];功能材料与器件学报;2009年04期
5 郭红霞,范吉军,赵晓鹏;光子晶体及其制备方法研究进展[J];功能材料;2003年01期
6 郑达;孙立国;谢卓颖;熊桂荣;徐华;顾忠泽;;基于温敏水凝胶的可调胶体晶体制备[J];高等学校化学学报;2008年03期
7 方俊;王秀峰;程冰;杨万莉;;组装胶体晶体用单分散二氧化硅颗粒的制备[J];无机盐工业;2007年03期
8 李会玲;王京霞;宋延林;;光子晶体的制备与应用研究[J];自然杂志;2009年03期
9 李珩;王京霞;王荣明;宋延林;;三维胶体光子晶体对光的调控与应用研究[J];化学进展;2011年06期
10 韩国志;孙立国;;反蛋白石光子晶体的研究进展[J];化学通报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方俊;王秀峰;程冰;;垂直沉积法制备二氧化硅胶体晶体及其光子带隙特性[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
2 何赛灵;;光子晶体及其应用[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
3 董鹏;李群艳;郭省才;程丙英;倪培根;张道中;;光子晶体和胶体颗粒的自组装[A];中国颗粒学会2002年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议论文集[C];2002年
4 宋恺;丁涛;佟振合;;新型对称性胶体光子晶体[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年
5 梁文耀;;光子晶体透射相位特性在光开关和光逻辑门中的应用[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
6 马锡英;;CdS光子晶体发光光谱的调制研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
7 王科;郑婉华;张冶金;任刚;杜晓宇;邢名欣;陈良惠;;光子晶体垂直腔面发射激光器的模式分析[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
8 豆义波;韩景宾;卫敏;段雪;;水滑石/二氧化钛光子晶体薄膜的制备及传感器性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
9 张登国;;二维磁性光子晶体光环行器分析[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
10 张慧慧;申华军;周静涛;刘新宇;;基于自准直特性的硅基光子晶体的应用研究(英文)[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(下册)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 贾正根;光子晶体学俏然崛起[N];中国电子报;2001年
2 吴铭;科学家获得光子晶体纳米结构[N];中国石油报;2003年
3 陈丹;科学家获得光子晶体纳米结构[N];科技日报;2003年
4 张孟军;攀登光子晶体高峰的人[N];科技日报;2004年
5 杨健;中科院取得光子晶体理论创新[N];人民日报;2003年
6 邹海魁;碳酸钙表面改性当重视[N];中国化工报;2000年
7 记者 谌达军 通讯员 郑林 王佳;魏南酋蜜发布朽业毒邪颁警报警[N];长江日报;2008年
8 记者 任海军;德研发“隐形斗篷”,效果令人激动[N];新华每日电讯;2010年
9 陈希荣;传统包装材料的纳米改性技术[N];中国包装报;2010年
10 清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室副主任 周济;电子元件走进集成时代[N];中国电子报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 万勇;光子晶体的禁带机理及不同结构晶体薄膜的制备和光学性质研究[D];青岛大学;2010年
2 任琳;金属纳米壳层光子晶体的制备及其对热辐射的调控[D];吉林大学;2010年
3 吴语茂;计算光子晶体和衍射光栅折射和反射谱的几种新方法[D];中国科学技术大学;2010年
4 罗丹;光子晶体中的超透镜和超弯曲效应研究[D];天津大学;2010年
5 李胜;光子晶体和电磁超颖材料在太赫兹频段的应用研究[D];电子科技大学;2010年
6 林密;含特异材料光子晶体的传输特性[D];电子科技大学;2010年
7 陈海滨;光子晶体波导型器件及其在太赫兹技术中的应用[D];浙江大学;2009年
8 侯金;硅基光子晶体带隙特性与波导研究[D];华中科技大学;2011年
9 亓丽梅;特殊光子晶体特性分析与应用研究[D];电子科技大学;2009年
10 费宏明;光子晶体量子阱的输运特性[D];山西大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张勇勇;含磺酸基凝胶光子晶体在分析中的应用[D];天津大学;2010年
2 方俊;SiO_2光子晶体的自组装制备及其光子带隙性质研究[D];陕西科技大学;2007年
3 杨艳青;Ta_2O_5反蛋白石结构光子晶体的制备及其光学特性的研究[D];太原理工大学;2011年
4 王雷雷;光子晶体谐振腔的研究设计[D];电子科技大学;2011年
5 江慧;光放大用二维光子晶体及其波导的理论研究[D];大连理工大学;2010年
6 刘洋;光子晶体慢光与物质的相互作用[D];上海交通大学;2010年
7 赵优美;基于SOI平板光子晶体的理论研究[D];山东建筑大学;2010年
8 张芬;光子晶体负折射特性及其应用的研究[D];电子科技大学;2010年
9 孙静;二维光子晶体特性及应用研究[D];江苏大学;2010年
10 吉亚萍;一维光子晶体滤波器的设计及性能研究[D];天津师范大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026