壳聚糖对SiO_(2)@PDA光子晶体色牢度的影响研究

本文旨在丝绸基底上获得一种结构稳定、色彩明亮的涂层结构。以单分散SiO_(2)@PDA微球为光子晶体的前驱体,在丝绸上构建SiO_(2)@PDA光子晶体,通过壳聚糖溶液对结构色丝绸进行后处理,探究不同质量分数的壳聚糖溶液对结构色丝绸色牢度的影响。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察SiO_(2)@PDA光子晶体结构的微观形貌,能谱仪(EDS)表征SiO_(2)微球样品的元素组成,X射线衍射仪表征SiO_(2)和SiO_(2)@PDA微球的物相结构,并通过摩擦测试和水洗测试探究结构色丝绸的色牢度。本实验制备的SiO_(2)和SiO_(2)@PDA微球粒径大小均一、单分散性良好,SiO_(2)@PDA光子晶体结构呈周期性紧密排列。与未通过壳聚糖溶液处理的结构色织物相比,在质量分数为3%的壳聚糖溶液后处理下,摩擦测试和水洗测试后结构色脱落较少,仍能保持原来的颜色。实验表明,壳聚糖溶液处理可以有效提高结构色织物的色牢度。

全光谱SiO_(2)结构色薄膜的加色法制备及其光学性能

为解决在制备不同粒径的小球来实现全光谱结构色过程中工作量大的问题,采用溶剂调控法合成粒径均匀的304、260、200 nm的SiO_(2)纳米颗粒,利用三原色加色法原理将3种不同粒径的纳米SiO_(2)悬浮液按照不同质量比两两混合,然后放在烘箱中进行重力沉降自组装,制备出全光谱非晶光子晶体结构色薄膜,探究混合比例对SiO_(2)光子晶体结构色的影响。同时为提高结构色的饱和度,将墨水添加到不同混合比例的SiO_(2)悬浮液中,研究墨水质量分数对光子晶体结构色的影响。结果表明:随着小粒径SiO_(2)比例的增加,结构色会出现蓝移现象;墨水质量分数越高,结构色亮度越低,色度呈先增加后减小趋势,当墨水质量分数为0.4%时,结构色饱和度最好。

组装条件对涂布法制备SiO_(2)结构色涂层光谱性质影响研究

为了实现结构色涂层在纸张表面的快速制备,研究不同组装条件对SiO_(2)结构色涂层呈色效果的影响,采用快速涂布的方法,在纸张表面制备出了大面积且具有随角异色特性的结构色涂层。探讨SiO_(2)微球粒径、分散液浓度及涂布次数等因素对结构色涂层光学特性的影响,通过优化自组装条件和分析周期性结构构筑类型,阐明快速涂布法构建的SiO_(2)微球在激光打标纸上的自组装过程及结构色呈色机理。应用数码相机、3D激光共聚焦形貌测量显微镜等仪器对样品的颜色外观和微观结构进行测量,表征样品的呈色性能及表面结构。使用X-Rite MA68Ⅱ多角度分光光度仪及光纤光谱仪测量反射光谱,进而用CIEL*a*b*色度值对制备的结构色涂层的光学性能进行分析。结果表明,通过快速涂布自组装法制备所得的结构色涂层,SiO_(2)微球粒径尺度对样品色调影响显著,随着微球粒径的增加,反射光谱中心波长发生红移,且该涂层有角度依赖特性,当固定入射角度为45°时,随着探测方向与镜面反射方向夹角的增大,中心波长发生红移;微球溶液的浓度可以调控结构色涂层反射光谱曲线的半高宽及反射率峰值,进而影响样品的亮度和彩度,而对于光子带隙的位置无明显影响。微球浓度为4%时,样品表面呈现出基材本身的黑色,微球浓度为8%时,200,220和250 nm粒径的样品表面分别可以呈现彩度较低的蓝色、绿色、黄色,微球浓度增加到10%时,纸张表面的结构色涂层彩度提高,色调不变;随着涂布次数的增加,反射光谱曲线的半高宽变窄,且反射峰位发生蓝移,涂布次数达到3次时,反射峰位最接近于根据布拉格定律计算出的理论值,但涂布次数的增加也使得结构色涂层表面产生白色的不均匀现象。

均匀SiO_(2)纳米颗粒的制备及其结构生色

基于Stober法,以正硅酸乙酯为前驱体,氨水为催化剂,蒸馏水作为水解剂,乙醇为溶剂,制备出粒径范围在亚微米级的均匀二氧化硅(SiO_(2))纳米颗粒;研究了粒径与反应温度、反应时间及溶剂体积的关系。制备过程中发现,固定其它反应条件不变,仅通过调控溶剂乙醇的用量,即可精准调控SiO_(2)颗粒的粒径及其均匀度;溶剂调控法制备的颗粒为均匀球形,粒径范围在150~450 nm之间,分散系数PDI小于0.1。研究结果表明:反应温度升高,SiO_(2)粒径减小;反应时间增加,粒径变大,但在2 h后保持不变;溶剂乙醇体积增加,粒径减小,粒径与乙醇体积存在线性关系;同时,通过颗粒自组装形成的光子晶体薄膜具有明显的结构色,进一步验证了溶剂调控法制备均匀颗粒的有效性。

喷涂胶体水溶液绿色制备结构色织物

以SiO_(2)胶体水溶液作为原料,一步喷涂制得色彩饱和且均匀的SiO_(2)/PET结构色织物.通过优化热处理温度、溶液pH值、引入少量乙醇,有效改善了结构色的亮度和均匀性.该方法采用水作为主溶剂,降低了环境污染和生产成本,必将促进结构色织物的推广与应用.

Holographic fabrication of octagon graded photonic supercrystal and potential applications in topological photonics

Novel optical properties in graded photonic super-crystals can be further explored if new types of graded photonic super-crystals are fabricated.In this paper,we report holographic fabrication of graded photonic super-crystal with eight graded lattice clusters surrounding the central non-gradient lattices through pixel-by-pixel phase engineering in a spatial light modulator.The prospect of applications of octagon graded photonic super-crystal in topological photonics is discussed through photonic band gap engineering and coupled ring resonators.

基于亚波长光栅理论的二维光子晶体的禁带特性研究

本文根据光子晶体自身的结构特点,提出适合于二维光子晶体的光栅组模型,从而利用光栅的矢量衍射理论来分析光子晶体的禁带结构。采用该方法,本文讨论了几类典型的二维光子晶体的禁带特性。

二维亚波长结构对OLED光抽出特性的FDTD模拟研究

有机发光二极管(OLED)发光效率很大程度上受到器件中高折射率材料(ITO/有机物)对导波光能量的制约。通过使用时域有限差分(FDTD)方法,对在OLED中的氧化铟与氧化锡复合透明阳极ITO结构上覆盖二维正方以及三角排列SiNx圆柱光子晶体厚膜(PCS)的结构进行了数值模拟,并对这种全新结构对于提高束缚于高折射率材料中的光的抽取效率的效果进行了分析,并给出了最优化的几何参数。

表面等离子体无掩膜干涉光刻系统的数值分析(英文)

表面等离子体激元具有近场增强效应,可以代替光子作为曝光源形成纳米级特征尺寸的图像.本文数值分析了棱镜辅助表面等离子体干涉系统的参量空间,并给出了计算原理和方法.结果表明,适当地选择高折射率棱镜、低银层厚度、入射波长和光刻胶折射率,可以获得高曝光度、高对比度的干涉图像.入射波长为431nm时,选择40nm厚的银层,曝光深度可达200nm,条纹周期为110nm.数值分析结果为实验的安排提供了理论支持.

SiO_(2)溶胶对P(St-MAA)光子晶体生色结构的稳固性增强作用

提出采用后填充方式制备兼具稳固性和良好结构色效果的复合光子晶体。通过采用胶体微球自组装法制备图案化聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(P(St-MAA))光子晶体生色结构,然后利用SiO_(2)溶胶对P(St-MAA)光子晶体进行填充。优化了SiO_(2)的填充条件,并对比了填充前后光子晶体生色结构的结构色效果和稳固性变化情况。结果表明:粒径分别为230 nm、250 nm和287 nm的P(St-MAA)胶体微球可构筑得到排列规整、结构色明亮的光子晶体,但晶体层的稳固性不佳;当SiO_(2)浓度不超过30wt%,填充时间不超过5 min时,可制备得到结构色仍旧较明亮的SiO_(2)-P(St-MAA)复合光子晶体;在相同的稳固性测试条件下,复合光子晶体稳固性明显提升,结构色效果不易消减,这主要归因于SiO_(2)起到了类似"桥梁"的作用,加强了相邻P(St-MAA)胶体微球间的黏连,并增强了光子晶体层与基材间的黏性。本研究将为构筑高质量光子晶体提供新思路,有望推动光子晶体生色结构的实际应用。

近红外波段硅基金属光子晶体平板的亚波长成像特性

利用时域有限差分方法,理论上研究了由正方形金属嵌入背景材料硅中组成的二维正方晶格和三角晶格光子晶体的亚波长成像特性。采用Drude模型描述金属银的色散特性,在近红外波段该模型可以很好地描述金属的实际介电常数。通过结构参数的设计,在上述两种结构中实现了波长在1550nm附近的亚波长成像,并且发现金属对入射光的吸收使得成像位置处的光强稍有降低,但是对于光子晶体亚波长成像的质量并无影响。相对于通常的硅基空气孔型光子晶体亚波长成像器件,该种硅基金属型全固态光子晶体结构更加稳定,因而可以更好地在复杂全光集成回路中加以实际应用。

六棱柱单元周期纳米结构OLED光提取效率研究

有机发光二极管(OLED)的发光效率很大程度上受到器件中高折射率材料(ITO/有机物)对导波光能量的制约。通过使用时域有限差分(FDTD)法,对在OLED中的氧化铟与氧化锡复合透明阳极ITO结构上覆盖3种基本结构的三角排列SINX六棱柱柱状光子晶体平板(PCS)的OLED结构进行了数值模拟,并对提高束缚于高折射率材料中的光提取效率效果进行了分析,给出了优化的几何参数及最合理的基本结构,为高性能OLED结构的设计提供设计依据。

纳米激光概述

自从第一个激光器诞生以来,激光对科学研究和技术应用都有革命性的影响。激光本身作为一门科学和技术兼具的学科,也一直是一个快速发展和极其活跃的研究前沿,激光器的线性尺寸从极小到极大跨越达10个数量级。主要介绍近十几年来激光向极小尺寸(即纳米激光)发展的一些基本情况,包括纳米激光发展的基本历史脉络和背景、各种不同的种类和特点、应用场景、目前发展状况、面临问题、未来趋势。不同种类的纳米激光器的主要区别在于激光腔和增益材料的不同,涉及的纳米腔结构包含纳米线状腔、回音壁式腔、Fabry-Pérot腔及金属等离子激元腔等;涉及的增益介质包括普通的化合物半导体和新兴钙钛矿、过渡金属硫族化合物等。