电场响应光子晶体

光子晶体是一种介电常数周期变化、具有光子带隙、对光路可控的新型功能材料。将对外界刺激敏感性材料引入光子晶体空隙就得到可响应光子晶体。电场响应光子晶体是由电活性材料与光子晶体结构相结合所得,可以应用于反射型彩色显示并表现出其他显示技术所没有的独特优点。本文重点介绍了电场响应光子晶体器件的结构和响应机理,并按照引入电活性材料的不同将电场响应光子晶体分为基于液晶、聚电解质水凝胶、金属有机聚合物凝胶、导电聚合物以及核壳式电场响应光子晶体,总结了近几年各类电场响应光子晶体的研究进展,提出了在反射型彩色显示器件方面的应用以及存在的问题和展望。     

生物结构刺激响应光子晶体的研究进展

自然物种演化形成了多种复杂而精细的光子结构,这类结构兼具功能的特点,将具有刺激响应特性的材料与天然生物光子结构相结合,能够制备得到响应性光子晶体材料,在生物医疗检测、传感器件、装饰和防伪等方面具有巨大的应用前景.本文在前期研究工作的基础上,综述了近年来,具有生物结构的响应性光子晶体的研究进展,总结了自然界的天然分级光子结构种类及显色机理,重点阐述了基于刺激响应聚合物的响应性光子晶体的构筑及应用、以及响应机理,最后对具有生物结构的响应性光子晶体材料的问题进行了总结,对未来的研究进行了展望.     

快速响应聚合物光子晶体研究进展

响应性光子晶体以其亮丽的结构色彩及光学信号对外场刺激的响应性变化,在化学传感、智能显示等领域具有重要的应用前景.本文综述了快速响应聚合物光子晶体的研究进展.首先从原理上阐述了影响溶胀型光子晶体响应速率的因素,系统总结了针对不同因素提高其响应速率的研究工作,着重探讨了溶胀型光子晶体水凝胶的尺寸、聚合物链段的物理化学性能(包括多孔结构和亲疏水性)、凝胶网络的交联度等因素对响应速率的影响.同时也简要介绍了影响非溶胀型响应性光子晶体,如光、电、磁、机械力等外场诱导体系折光指数变化的响应性光子晶体的响应速率的因素.最后展望了响应性光子晶体的热点研究方向.这些工作对于提高光子晶体的响应速率,发展其在实时分析、在线检测等领域的应用具有重要意义.     

胶体自组装法形成光子带隙材料

光子带隙晶体使人们可以有效地控制和操纵光子,但是构建光子晶体,尤其是近红外及可见光区域的光子晶体是一个困难的工作,它对材料提出了很高的要求.本文从化学的角度,利用自组装方法,对胶体晶体和反蛋白石等类光子带隙材料包括半导体、金属、金属氧化物、聚合物、染料等进行较全面的介绍,同时介绍了如何从这些材料获得光子带隙.     

智能响应蓝相液晶光子晶体

具有刺激响应性的智能驱动材料已成为材料科学领域的研究热点之一。液晶的超分子自组装结构与其刺激响应特性使其在新型智能功能材料的开发应用上具有天然优势。蓝相液晶由于其独特的三维超分子自组装结构、软物质特性以及可见光波段的选择性光反射,被认为是最具潜力的智能光子晶体材料之一。在温度、光照、电场、湿度等外场刺激作用下,蓝相超分子自组装结构的晶体学参数或相态非常容易发生变化,造成光子带隙的改变进而呈现出反射颜色的变化。因此,蓝相的外场响应性能及在智能材料上的应用引起了研究者的广泛关注。本文综述了智能响应蓝相液晶光子晶体外场响应性能方面的前沿动态,对蓝相液晶光子晶体的光、磁、电、力、湿度响应等方面取得的系列重要的研究成果进行了总结,并对该领域目前存在的挑战以及未来发展趋势做出展望。     

光子晶体的制备及应用

光子晶体（PC）是具有光子带隙的周期性电介质结构，频率落在光子带隙中的光将被禁止传播。本文对光子晶体的能带结构、带隙的产生、制备方法及应用作了简要的介绍，重点介绍了光子晶体的制备技术及其在光电领域中的应用前景。     

三维光子晶体的制备

三维光子晶体作为一种光子带隙材料在光学器件、化学生物传感以及信息传输和存储等方面具有广泛的潜在应用价值。自1987年三维光子晶体的概念被提出以来,科学家们一直致力于在实验室用不同的手段合成不同材料和不同结构的光子晶体。本文综述了近年来出现的一些三维光子晶体制备方法,大致分为3类：“自上而下法”（top-down method）、“自下而上法”（bottom-up method）和模板辅助法（template-assisted method）,并详细阐述了每种方法的代表性工作、适用范围以及各自的优缺点。     

蛋白石及反蛋白石結構光子晶體

光子晶体是由不同介电常数的材料构成的一种空间周期性结构，它能够在特定方向上禁阻、控制和操纵光子的运动。目前，已制备的光子晶体具有几种不同的结构类型，本文主要综述了蛋白石、反蛋白石结构光子晶体的制备方法及其光子带隙的影响因素。     

二维光子晶体

光子晶体是一种介电常数周期变化的功能材料,其基本特征是具有光子带隙。光子晶体理论诞生已三十年,基于理论及实验的研究取得了许多成绩。当所制备的光子带隙与光波的波长相当时,光子晶体材料抑制光子在一定频段内的传播。由于在光学、电学、热学、磁学等方面均有优良特性和潜在应用,光子晶体作为一种新型材料也越来越受到科研人员的青睐。不论在可加工性方面还是在传播特性方面,二维光子晶体的优势正逐渐体现出来。本文重点阐述二维光子晶体的研究进展,分别介绍了二维光子晶体的结构与性能特点以及近年来发展出的新型制备方法,如自组装法、刻蚀法、多光束干涉法等,并着重列举其在传感器、波导、光纤、太赫兹技术等领域的发展现状,表明二维光子晶体作为超材料具有巨大的发展空间和潜力。最后,本文对二维光子晶体今后的研究方向和发展前景作了展望。     

仿生光子晶体纤维的研究进展

光子晶体纤维是由光子晶体结构组成的纤维, 具有高饱和度的结构色彩; 其结合响应性材料或柔性基质可制备各种传感响应性光子晶体纤维, 在可穿戴智能传感设备方面具有应用潜力. 自然界中存在许多光子晶体纤维结构, 比如雪绒花花瓣的绒毛, 撒哈拉沙漠银蚂蚁的毛发, 黑嘴喜鹊羽毛等, 光子晶体纤维的研究对于取代传统纺织业的化学染料具有重要意义. 本综述总结了光子晶体纤维的概念、仿生制备方法、性能及相关应用, 并对光子晶体纤维在纺织业和智能传感领域的应用前景进行展望, 该综述对于发展光子晶体纤维的制备方法及潜在应用具有重要意义.     

Reconfigurable Photonic Crystal Reversibly Exhibiting Single and Double Structural Colors

Unlike absorption-based colors of dyes and pigments, reflection-based colors of photonic crystals, so called “structural colors”, are responsive to external stimuli, but can remain unfaded for over ten million years, and therefore regarded as a next-generation coloring mechanism. However, it is a challenge to rationally design the spectra of structural colors, where one structure gives only one reflection peak defined by Bragg's law, unlike those of absorption-based colors. Here, we report a reconfigurable photonic crystal that exhibits single-peak and double-peak structural colors. This photonic crystal is composed of a colloidal nanosheet in water, which spontaneously adopts a layered structure with single periodicity (407 nm). After a temperature-gradient treatment, the photonic crystal segregates into two regions with shrunken (385 nm) and expanded (448 nm) periodicities, and thus exhibits double reflection peaks that are blue- and red-shifted from the original one, respectively. Notably, the transition between the single-peak and double-peak states is reversible.     

P(St-AM)核壳聚合物微球的制备及其光子晶体膜

采用一步乳液聚合法,调节引发剂用量,制备了不同粒径的具有核壳结构的功能性聚(苯乙烯-丙烯酰胺)乳胶微球.用透射电子显微镜表征了乳胶微球的核壳结构和粒径,所制微球的粒径分别为195,217,234和255 nm.用红外光谱对微球的化学成分进行了表征,证实聚丙烯酰胺已包覆在聚苯乙烯外层.通过竖直沉积自组装法制备了聚合物微球的光子晶体薄膜.扫描电子显微镜表征了所制光子晶体膜的表面形貌,反射和透射光谱表征了光子禁带.结果表明,聚合物微球以面心立方紧密堆积,其(111)面与基底平行;微球粒径不同,光子晶体的光子禁带不同.制备了不同光子禁带的光子晶体,禁带分别位于473,515,574和630 nm,相应的薄膜分别呈蓝色、绿色、黄色和红色,对于光子晶体的拓展和应用具有重要的意义.     

光子晶体的制备与应用进展

光子晶体概念的提出到现在已有20多年,由于其特有的带隙和缺陷结构可实现对光子传播的控制,与传统的基于半导体晶体的电子技术相比更具优势,是未来光子计算机和光子通讯技术研发的核心。近年来,基于新材料、新方法制备的具有复杂结构的光子晶体不断涌现,其应用范围也从较早的波导、光开关、反射镜拓展到传感器、超棱镜、微透镜、太阳能电池、增强LED发光、光存储、生物芯片、仿生等新兴领域。本文结合了最新的研究状况,探讨了光子晶体的制备与应用进展。     

Fabrication and characterization of core-shell photonic crystals via a dipping process

High-quality polystyrene (PS) colloidal photonic crystals in large area were fabricated in 24 h via a capillary-enhanced process. Then, the photonic crystals with core-shell structure were obtained by incorporating silica nanoparticles into the interstitial space of opal template via a dipping process. The filling ratio (V_silica) of interstitial space could be manipulated by dipping colloidal crystals into suspensions with different concentrations of silica nanoparticles, which in turn renders the obtained core-shell photonic crystals. The absorptive peak of opal without dipping process is at 445 nm as measured by UV–vis spectrometry. The filling ratios of 0.130, 0.167 and 0.253 can be calculated according to the modified Bragg's Law, which corresponds to the absorptive peaks for core-shell opals at 453, 463 and 469 nm obtained from suspensions with silica nanoparticles of 0.017, 0.122, and 0.244 wt%, respectively. Therefore, by using this dipping process, the characteristic absorption wavelength for photonic crystal will be varied easily, efficiently and cost effectively than that by traditional methods for constructing opal from monodispersed colloids of different diameters.     

三维SiO2欧泊模板溶剂热法制备硫化锌光子晶体

以单分散二氧化硅微球在重力场下自组装得到的三维有序欧泊(opal)为模板，采用溶剂热法在模板空隙内生长ZnS晶体，从而制备高质量的硫化锌基光子晶体. 通过X射线衍射(XRD)和Raman光谱证明ZnS晶体为闪锌矿结构且晶体质量较好，并对其生长机理进行了讨论. 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)和紫外-可见分光光度计对所合成的ZnS/opal复合物与ZnS反欧泊结构进行了表征，结果表明两种结构都保持了欧泊三维有序性，并且在Г-L方向(垂直于(111)方向)上出现了布拉格衍射峰，说明其具有良好的光子晶体特性.     

光子晶体研究进展

光子晶体是最近10余年间提出的新概念和新材料。本文简述了光子晶体的主要特性,重点阐述了光子晶体的制作方法,特别是高分子材料制作分子晶体的几种新方法。     

微凝胶胶体晶体研究进展

Poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAM)微凝胶粒子是一种软的胶体粒子.和单分散的SiO_2、PS、PMMA等硬的胶体粒子一样,单分散的PNIPAM微凝胶粒子也可以自组装成为高度有序的胶体晶体.微凝胶粒子软物质的特性及其对外部刺激的响应性赋予其不同于硬球的组装行为.微凝胶胶体晶体的高度有序结构及其刺激响应性使其在诸多领域有重要用途.本文分别介绍了三维及二维微凝胶胶体晶体组装的研究进展,并对已开发的基于微凝胶胶体晶体的应用进行了总结.