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CdS-SiO_2蛋白石光子晶体的制备及其性能研究

蔡小梅  
【摘要】:近年来,光子晶体由于在纳米空间和飞秒时间尺度上能限制和控制电磁波而受到科学家们的极大关注,成为材料科学中新的最具潜力的研究课题之一。光子晶体是指介电常数随空间呈周期性变化的材料或结构,其周期为电磁波长量级。具有完全光子带隙的光子晶体能在某一特定的频率内,把光限制在局部、阻止或增强自发辐射、引导光沿着一定的方向传播。这些性能使光子晶体具有非常广泛的应用。虽然目前光子晶体还处于研发研究阶段,但是,对它的研究已使光电子技术进入一个新的发展阶段。 SiO_2胶体颗粒是目前制备光子晶体最常用的材料,但是,SiO_2胶体光子晶体不具有完全光子带隙,当向SiO_2胶体光子晶体的孔隙中填充高折射系数材料或作为模板制备反opal光子晶体后,得到的光子晶体具有宽的光子带隙或完全光子带隙。本文用垂直沉积法在不同环境条件下制备了高质量的SiO_2胶体光子晶体后,用多次重复CBD法在其孔隙中填充了Ⅱ-Ⅵ族化合物CdS纳米颗粒,经过SEM、紫外-可见-近红外光谱、荧光光谱对其性能了进行表征,得到了如下结论: (1) 环境温度、湿度对SiO_2胶体晶体的质量影响很大,一般,对于粒径为370nm左右的SiO_2胶体颗粒,当体积分数为0.8%~1.5%时,在温度为45℃~55℃,湿度为66%~76%时,可制备得高质量的SiO_2胶体光子晶体,并且光子带隙域位于近红外光波段。 (2) NH_3摩尔浓度对CdS薄膜的致密性影响很大,当NH_3摩尔浓度比较大时,无法生成连续致密的薄膜而形成分散的CdS颗粒。反应体系中S~(2-)和Cd~(2+)溶液的摩尔浓度增加,CdS颗粒粒径增大。在相同NH_3摩尔浓度反应下,随着[S~(2-)]/[Cd~(2+)]的增大,CdS颗粒粒径减小。 (3) SiO_2胶体晶体中随着CdS填充量的增加,光子带隙向长波段方向移动且变宽。同时,光致发光试验表明,随着CdS填充量的增加,发光峰也向长波方向移动。 (4) 可通过控制SiO_2胶体颗粒粒径的大小来调节CdS的光致发光性能。


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