以胶体晶体为模板进行多种形貌的氧化亚铜电沉积研究并制备光子晶体点缺陷

【摘要】： 以胶体晶体模板法制备特定形貌三维有序孔结构材料,并进一步研究胶体晶体模板对低维材料生长形态的影响,是具有重要科学意义的全新课题,是对晶体形态学有益的扩展；同时它还具有良好的应用价值,其不同于普通反蛋白石结构光子晶体的结构,使之可以被应用于制备光子晶体缺陷、光子晶体异质结等特定结构光子晶体中。 因此本文采用了由垂直沉积法制备出的高质量的胶体晶体模板,通过电化学沉积方法,分别在纯ITO玻璃和有胶体晶体模板的ITO玻璃上自下而上的生长出氧化亚铜晶体。通过电势、pH值以及添加剂等的作用,控制了氧化亚铜晶体的生长习性,并利用氧化亚铜的生长习性控制,成功制备出多种形貌多有序孔阵列的氧化亚铜晶体,包括立方体、八面体的面生长和分支生长,氧化亚铜可以在胶体晶体微球的间隙中生长并保持基本上保留其原有习性。通过对比有无模板情况下氧化亚铜的生长状态,研究了胶体晶体模板对氧化亚铜晶体电化学生长的影响,发现胶体晶体模板可以调节氧化亚铜分支或面生长的趋势,这主要是通过阻碍氧化亚铜生长界面处H+和Cu+的扩散来进行的,最终实现了对胶体晶体中电沉积氧化亚铜的形貌的控制。 在此基础上,首次成功的用全化学方法制备出了特定缺陷形状、甚至复杂缺陷形状的不同材料体系的反蛋白石结构光子晶体点缺陷。即首先在胶体晶体模板中电化学沉积出具有特定形状的氧化亚铜,然后再在模板中填充其他材料,最后除去模板和氧化亚铜得到了带有特定形状点缺陷的光子晶体,光子晶体点缺陷的形状完全由氧化亚铜的结晶形态所控制。通过改变填充材料和填充方法,我们成功制备出胶体晶体结构、二氧化钛反蛋白石结构、PMMA反蛋白石结构和镍反蛋白石结构的光子晶体点缺陷。