胶体晶体的自组装动力学以及光学性能研究

【摘要】：胶体系统作为一种很好的原子/分子体系的模拟系统,被广泛用于晶体的形核、相转变和缺陷生成等过程的动力学研究。一般而言,胶体体系在一定体积分数下的聚集可通过施加外加电场,磁场,毛细作用,重力等实现,因此外场可以作为改变聚集态(相变)的驱动力。其中,外加电场驱动由于其易于控制、使用范围广而被普遍采用。近年来,相关胶体的行为及结晶过程的理论很多,但是彼此之间仍然存在着很多争议,因此需要更多的实验结果加以确认。 另外尺度均一,尺寸可控的胶体颗粒的制备及其大面积有序化组装是目前仍然没有解决的问题。本论文从以上两个方面展开了研究,其主要内容和取得的成果具体归纳如下: 1.研究胶粒在可变交流电场下的运动模式:首先,构造出以一片ITO导电玻璃和另一片表面刻上负性光刻胶图案的ITO导电玻璃分别作为正负电极,硅胶片置于两电极之间作为中间层的封闭实验槽。然后将一定浓度的胶粒悬浮液加入到封闭的实验槽内,接入可变交流电信号,通过调节交流电场的频率来改变胶粒的运动状态,并且用光学显微镜对胶粒运动进行实时观察和记录。最后从力学的角度对胶粒的运动模式进行分析,对胶粒随着频率而变化的运动模式给出了较为完整的解释。 2.采用乳液聚合法制备出具有高圆度,窄粒径分布,单分散,粒径可控的聚苯乙烯胶粒。通过改变引发剂的量制备出粒径为200 nm, 250 nm和285 nm的聚苯乙烯胶粒。利用扫描电镜对胶粒形貌进行表征,通过统计分析,三种不同粒径的胶粒其粒径分布分别为1.2 %,1.6 %和0.7 %,均小于5 %,满足制备胶体晶体的粒径分布条件。 3.采用简单易行的倾斜沉积法获得三维胶体晶体薄膜。考察了环境温度,分散介质,胶粒粒径,胶粒浓度和添加剂十二烷基硫酸钠等因素对胶体晶体结构、形貌及光学性能的影响。利用扫描电镜图和紫外可见透射光谱图对胶体晶体的结构、形貌及光子带隙进行了分析和研究。确定出了制备胶体晶体的较优条件,并进一步分析了各因素对胶体晶体的结构、形貌及光子带隙产生影响的原因。