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光子晶体材料的制备及其应用

专 业: 化学工艺
关键词: 光子晶体材料 制备工艺 胶体晶体 自组装 核壳颗粒
分类号: O73
形 态: 共 81 页 约 53,055 个字 约 2.538 M内容
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内容摘要


自1987年John和Yablonovitch分别提出光子晶体的概念以来,由于其特殊光学性质使得光子晶体的研究在理论、实验和应用上都获得了迅速发展。

现在研究重点集中于构建带隙位于可见光区的全带隙三维光子晶体。

其中通过自组装胶体颗粒构建光子晶体是一种简便有效且成本适中的方法。

但由于制备技术的限制,早期的研究主要集中在二氧化硅以及聚苯乙烯上面,应用新型胶体颗粒材料作为光子晶体的自组装单元有助于促进光子晶体领域的发展。

所以本文的工作主要集中在以下三个方面:1综合比较了各种改进的垂直沉降法,其中沸点快速自组装法IHEISA的优势较为明显。

采用IHEISA法对小于350nm的SiO<,2>颗粒进行自组装排列,探索出了较佳的试验参数。

SEM观察验证了所得晶体具有FCC结构,其透射峰位置与理论计算结果一致。

研究了不同粒径粒子的排列,其透射峰随着粒径增大而红移,与理论计算相吻合。

得到了同一尺寸颗粒不同浓度时与光子晶体层数的关系曲线,光谱结果表明晶体透射率随晶体厚度增大而下降。

针对胶体晶体的缺陷问题,采用先将颗粒高温煅烧再自组装的方法,得到了含较少缺陷的胶体晶体。

此外还利用IHEISA法进行了复式晶体结构的探索研究,取得了比较理想的结果;2在传统化学镀方法的基础上,选取可形成较小配离子平衡常数的三乙醇胺络合剂替代氨水,并通过控制三乙醇胺的量,一次可在二氧化硅颗粒表面包覆制得均匀致密、高覆盖率的银颗粒层。

TEM图像表明:

随着三乙醇胺水溶液量的增加,二氧化硅颗粒表面银颗粒的粒径有规律的减小,银层包覆量增加。

达到最优化的TEA用量后,TEA的近一步增加不会使得银层质量增加,银颗粒反而变大。

UV—VIS吸收光谱表现出金属介电球的等离子共振模式。

采用实验室制备的二氧化硅掺银胶体颗粒作为自组装原料,研究了这种新型金属介电光子晶体的热可调性,实验结果表明这种体系的光子晶体相对于纯二氧化硅光子晶体具有更为明显的热可调性,这主要是因为复合颗粒在高温煅烧下内部的金属颗粒会扩散到颗粒表面,从而改变颗粒的界面折射率。

最后还研究了在纯二氧化硅光子晶体的空隙中填充金属银。

采用化学镀液的填充方法可以较好的实现填充,并且可以通过改变填充时间控制填充量,结果表明随着填充时间的变化,其禁带有规律的红移,证明金属填充量随时间而增大;3在乙腈与乙醇混合溶剂体系,通过选择合适的催化剂以及对乙腈相对含量等参数进行调整,制备出了PS@ZrO<,2>核壳胶体颗粒。

并简单的通过添加不同异丙醇锆用量实现了对核壳颗粒壳层厚度的控制。

最后通过高温煅烧得到了ZrO<,2>中空球,XRD结果表明高温煅烧去除有机物的同时促使二氧化锆的晶型改变为单斜相。

漫反射光谱表明核壳颗粒以及相应中空颗粒粉末的反射率较高,在测量光谱区间内,中空颗粒的反射率高于核壳颗粒..……

全文目录


文摘
英文文摘
论文说明:符号说明
第一章 绪论
1.1光子带隙晶体
1.1.1引言
1.1.2光子晶体
1.1.3光子晶体的制备
1.1.4自组装方法
1.1.5胶体晶体的其它应用
1.2光子晶体的原料
1.2.1单分散胶体颗粒
1.2.2核壳式复合物
1.2.3单分散的空心无机胶体颗粒
1.3本研究意义及内容
第二章 光子晶体自组装方法研究
2.1引言
2.2实验部分
2.2.1实验试剂与仪器
2.2.2粒子的选择
2.2.3实验步骤
2.2.4结果表征
2.3结果与讨论
2.3.1 IHEISA法简介
2.3.2光学影像
2.3.3 SEM表征
2.3.4透射以及反射光谱测量
2.3.5胶体晶体缺陷的处理
2.4复式胶体晶体
2.4.1复式胶体晶体概述
2.4.2复式胶体晶体的制备
2.5本章小结
第三章 SiO2@Ag核壳颗粒的制备及金属介电体系光子晶体的研究
3.1引言
3.2 SiO2@Ag核壳粒子的制备与表征
3.2.1实验试剂与仪器
3.2.2二氧化硅粒子的制备
3.2.3二氧化硅粒子的敏化
3.2.4二氧化硅核壳粒子的制备
3.2.5颗粒的表征
3.3颗粒制备的结果与讨论
3.3.1三乙醇胺作用机理
3.3.2三乙醇胺用量对包覆的影响
3.3.3 XRD以及EDX表征
3.3.4紫外吸收光谱
3.4金属介电光子晶体
3.4.1二氧化硅掺银颗粒
3.4.2二氧化硅排列填充金属银
3.5本章小结
第四章 高折射率PS@ZrO2光子晶体材料制备
4.1引言
4.2 PS@ZrO2核壳材料的制备
4.2.1试剂和设备
4.2.2 PS胶体颗粒的合成
4.2.3 PS@ZrO2核壳胶体颗粒的合成
4.2.4 ZrO2中空颗粒
4.2.5样品表征
4.3结果与讨论
4.3.1催化剂的影响
4.3.2 Zeta电位的测量
4.3.3乙腈含量的影响
4.3.4 PS@ZrO2核壳胶体颗粒壳层厚度控制
4.3.5 ZrO2中空颗粒
4.3.6红外分析
4.3.7漫反射测量
4.3.8热重-差热分析
4.4核壳颗粒的自组装研究
4.5本章小结
第五章 结论
参考文献

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中图分类: > O73 > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体物理

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