单分散性sio2胶体微球自组装光子晶体的实验研究

光子晶体是一种周期性电介质材料,具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性。制备了多种不同直径的单分散二氧化硅胶体微球,采用垂直沉积法将不同直径,以及同一直径不同浓度的二氧化硅胶体微球自组装成多种光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外—可见—近红外分光光度计对其微观结构和光学特性进行了表征,结果表明所得晶体薄膜具有三维有序结构,其表面存点、线缺陷。自组装得到的光子晶体薄膜存在明显的光子带隙特征,带隙位置与二氧化硅胶体微球直径有关,带隙中心波长与理论值一致。随着二氧化硅胶体微球浓度的增加,光子带隙深度增加,特性更好,但是,当浓度大于10%时,光子带隙的深度反而减小。     

光子晶体微纳光纤的制备新方法及其特性研究

为了形成胶体晶体-微纳光纤结构,采用提拉生长法,将单分散的聚苯乙烯微球在微纳光纤表面自组装生长成胶体晶体,并用扫描电子显微镜和光谱仪对胶体晶体的显微形貌和透射光谱特性进行了表征。结果表明,聚苯乙烯微球有序堆积,自组装成胶体晶体,其结构为面心立方密排结构,表面为面心立方结构的[111]面。胶体晶体-微纳光纤的透射光谱在1400.8nm处有透射峰,对应于面心立方结构在[111]方向上的光子带隙。这种光子晶体微纳光纤在光纤传感器及滤波器方面有广阔的应用前景。     

垂直沉积法制备高质量胶体光子晶体

利用乳液聚合方法制备了粒径约为262 nm的单分散聚苯乙烯(PS)微球。通过控制溶剂蒸发温度和液体表面下降的速度,用垂直沉积法较快速地制备出了在较大范围呈现很好有序性的密排结构聚苯乙烯胶体光子晶体,其在626 nm波长处存在光子带隙。在扫描电子显微镜(SEM)下,观察到该胶体光子晶体是面心立方(fcc)密排结构。实验结果表明,对于粒径为262 nm的聚苯乙烯微球,在温度为55℃,质量分数为0.3%的情况下,当液体表面下降的速度约为每天3 mm时,可以得到高质量的胶体光子晶体。这种高质量的胶体光子晶体可以为利用模板技术制备具有完全带隙的有序孔结构提供较理想的模板。     

PS/TiO_2复合材料的蛋白石结构光子晶体制备及表征

以乳液聚合得到的单分散性聚苯乙烯(PS)微球为种子,利用原位溶胶凝胶技术在微球的表面上吸附上二氧化钛(TiO2)小颗粒,从而得到PS/TiO2复合微球的乳液,利用乳液的自组装得到了PS/TiO2复合材料的蛋白石结构光子晶体。比较了PS蛋白石结构光子晶体和PS/TiO2复合材料蛋白石结构光子晶体的透射谱,得出复合材料的光子晶体带隙特征比PS光子晶体的带隙特征强。     

二氧化硅胶体光子晶体的光学特性研究

采用垂直沉积法自组装SiO2胶体光子晶体,并利用紫外-可见-近红外分光光度计对胶体晶体的光学特征进行了研究。结果发现,二氧化硅胶体微球的浓度越大,光子带隙深度增加,透射率变小,但光子带隙中心波长位置保持一致。此外,当入射光以不同的角度入射到样品表面时,其透射光谱具有新颖的光学特性,其成因被探究。     

中红外完全光子带隙Ge反蛋白石三维光子晶体的制备

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散二氧化硅（SiO2）微球组装形成三维有序胶体晶体模板。以锗烷（GeH4）为先驱体气,用等离子增强化学气相沉积法向胶体晶体的空隙中填充高折射率材料Ge。酸洗去除二氧化硅微球,得到Ge反蛋白石三维光子晶体。通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅立叶变换显微红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分和光学性能进行了表征。结果表明：Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀,得到的锗为多晶态,锗反蛋白石为三维有序多孔结构。锗反蛋白石的测试光谱图有明显的光学反射峰,表现出光子带隙效应。测试的完全光子带隙位于中红外3.4µm处,测试的光学性能与理论计算基本吻合。     

垂直沉积法在GaAs衬底上制备有序SiO2胶体晶体

报道了一种利用直径为286nm的单分散SiO2胶体颗粒制备胶体晶体的方法。乙醇悬浮中的SiO2颗粒通过毛细作用力在垂直插入其中的GaAs衬底表面自组装成胶体晶体。扫描电子显微镜（SEM）和紫外-可见分光光度计对胶体晶体的形貌和光学特性进行了表征。结果显示,所得到的胶体晶体膜具有较好的三维有序结构。分析了退火对样品光子带隙的影响。     

混合型Fe3O4@SiO2胶体光子晶体光传输特性的仿真分析

除了通过改变胶体粒子半径及晶格常数来实现对光子带隙的调控方式之外,能否利用不同尺寸粒子的混合精确控制胶体光子晶体的显色行为是人们关注的一个重要科学问题。在分析Fe₃O₄@SiO₂胶体光子晶体的带隙范围与介电常数、电磁波入射角度、晶格常数、颗粒尺寸、SiO₂包覆层厚度的依赖关系的基础上,利用数值仿真手段对不同尺寸粒子混合得到的光子晶体的光传输特性进行了研究。结果发现,两种粒径的磁性胶体粒子按不同质量比混合后,其光子带隙位置始终落在两种粒径胶体粒子各自形成光子晶体的带隙位置之间,且随着大粒径颗粒掺杂比的增加,反射光谱逐渐红移。这一结果证明混色原理对胶体光子晶体仍然是适用的。该结果对研究胶体光子晶体结构色的新型调控方式具有重要的参考价值。     

SiO2光子晶体的制备及其在增强上转换发光的应用

用改进的St?ber法制备了均一分散的SiO₂微球。探讨了不同温度环境和正硅酸乙酯(TEOS)的用量对生成微球粒径大小的影响。用扫描电子显微镜、分光光度计、X射线衍射仪紫外-近红外吸收发射光谱仪等仪器对粉末和薄膜的形貌与光学性能进行表征。结果表明：随着温度的增加,微球的粒径不断减小。TEOS试剂的用量增加,生成微球的粒径也随之增加。讨论了不同温度的自组装环境对光子晶体自组装的影响。结果表明,当自组装温度为55℃时制备的二氧化硅光子晶体薄膜质量最高。用980 nm激发光对旋涂在玻璃基板和光子晶体上的上转换薄膜进行发光测试,红光发光增强1.72倍,绿光发光增强1.93倍。这是由于带隙位于激发光波段的光子晶体表面具有高光子态密度,能够增强发光粒子周围电磁场强度,提高了电子跃迁的几率,从而增强了荧光强度。     

光子晶体及其自组装制备

自从理论计算指出金刚石结构具有完全光子带隙以来,三维光子晶体的理论研究和实验制作一直受到高度重视。光子晶体的制备方法总体上可分为两大类:微制作法和自组装法。前者适合于制备微波、远红外及近红外波段的光子晶体,后者制备近红外、可见或更短波段的光子晶体具有独特的优势。简述了光子晶体的概念和基本特征,并对三维光子晶体的自组装制备方法进行了综述。     

三维胶体晶体结构和传输特性分析

利用时域有限差分法和实验结果对胶体晶体结构和传输特性进行了研究.构成三维胶体晶体的小球直径和折射率对禁带的位置会产生影响,用时域有限差分法对不同参数的胶体晶体进行了数值计算.计算结果和实验数据表明三维胶体晶体在纵向存在带隙,而且可以得到透反射谱和不同位置的场分布.     

ZnO光子晶体的制备及其光子带隙特性研究

利用重力场下的自组装,将单分散的ZnO胶体颗粒悬浮液自组装为三维光子晶体.通过扫描电镜图谱、透射光谱对制得的ZnO光子晶体进行了表征.结果表明,这种方法可得到排列有序的光子晶体,并且改变反应条件可以控制ZnO胶体球的尺寸.制得的样品有较宽的光子禁带,且禁带波长位置随胶体球粒径的减小和前处理温度的降低而蓝移.当入射光角度逐渐增大时,禁带中心位置有规律地向短波长方向移动.     

Si/C60多层膜一维光子晶体的光学特性

The feasibility of using Si/C60 multilayer films as one-dimensional （1D） photonic band gap crystals was investigated by theoretical calculations using a transfer matrix method （TMM）. The response has been studied both within and out of the periodic plane of Si/C60 multilayers. It is found that Si/C60 multilayer films show incomplete photonic band gap （PBG） behavior in the visible frequency range. The fabricated Si/C60 multilayers with two pairs of 70 nm C60 and 30 nm Si layers exhibit a PBG at central wavelength of about 600 nm, and the highest re？ectivity can reach 99%. As a consequence, this photonic crystal may be important for fabricating a photonic crystal with an incomplete band gap in the visible frequency range.     

Optical properties in 1D photonic crystal structure using Si/C60 multilayers

The feasibility of using Si/C60 mulfilayer films as one-dimensional(1D)photonie band gap crystals was investigated by theoretical calculations using a transfer matrix method(TMM).The response has been studied both within and out of the periodic plane of Si/C60 multilayers.It is found that Si/C60 multilayer films show incomplete photonic band gap(PBG)behavior in the visible frequency range.The fabricated Si/C60 multilayers with two pairs of 70 am C60 and 30 nm Si layers exhibit a PBG at central wavelength of about 600 nm.and the highest reflectivity call reach 99%.As a consequence,this photonic crystal may be important for fabricating a photonic crystal with an incomplete band gap in the visible frequency range.     

High-quality SiO2 Colloidal Crystal Fabricated by Controllable Vertical Deposition Method

Monodispersed silica microspheres with diameter of 353 nm were assembled into photonic crystal in ethanol colloidal suspensions of varied silica volume fraction at different temperature and humidity by means of controllable vertical deposition method. The surface morphology and optical properties were studied by SEM and UV-Vis-NIR. It was found that the high quality silica colloidal photonic crystals were obtained from ethanol solutions with environment temperature between 45℃ and 55℃, humidity between 66% and 76%, the volume fraction of microspheres is between 0.8% and 1.5%, The ordered close-packed photonic crystal fabricated by controllable vertical deposition method had the two photonic bandgaps in the visible light band and near infrared band,     

平面波展开法在质量分数测量上的应用研究

为了提出测定果糖质量分数的新方案,采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体,分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明,在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的;同时,晶格结构对光子带隙有一定的影响,不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中,TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。