光子胶体晶体的制备与表征

【摘要】：光子胶体晶体的概念自提出以来，因其在制备仿生材料、改良光电子器件、模拟传统晶体学等方面表现出的巨大应用前景，而得到科学界的广泛关注。然而要使用简单易行、成本低廉的方法制备得到大面积、高质量的三维光子胶体晶体仍需要在控制实验条件、探究生长机理等方面做出努力。另一方面，通过在光子胶体晶体中引入适当的缺陷，使一定频率的光子被局域在缺陷位置或只能沿缺陷位置传播。这使控制光子的发射和操纵光的传播成为可能。因此，用简单易行的方法在三维光子胶体晶体中引入缺陷，并获得其在光子禁带中的缺陷态也是研究热点之一。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、分别采用乳液聚合法、改进的Stober方法制备出单分散、窄粒径分布（相对标准偏差小于5%）、粒径可控的的聚苯乙烯和二氧化硅胶体微球。用硅烷偶联剂在二氧化硅胶体微球表面修饰羧基。将制备得到的胶体微球的悬浮液在55oC的环境温度和20kPa的环境压强下，利用蒸发诱导的方法即可得到高质量的三维光子胶体晶体。 2、采用共组装模板法制得聚苯乙烯（空隙中填充二氧化硅凝胶）三维光子胶体晶体，经过300oC和500oC的煅烧制得高质量的二氧化硅反光子胶体晶体。煅烧温度越高聚苯乙烯胶体微球的收缩率越大，光子禁带发生蓝移。 3、采用光刻技术和蒸发诱导相结合的方法，在二氧化硅三维光子胶体晶体的表面引入缺陷层。缺陷层在光子禁带中引入了缺陷态，同时不同成分的缺陷层使得光子禁带发生了不同的移动。 4、采用层层组装和光刻技术相结合的方法，在聚苯乙烯胶体晶体和二氧化硅三维光子胶体晶体中插入缺陷层。缺陷层在光子禁带中引入了缺陷态，同时条形光刻胶缺陷层使光子禁带发生蓝移，条形中空缺陷层使光子禁带发生红移。