垂直沉积法制备二氧化硅胶体晶体及其表征

利用垂直沉积法将单分散的二氧化硅胶体微球自组装生长为胶体晶体 ,并用扫描电子显微镜和紫外可见光分光光度计对其显微形貌和光学特性进行了表征 .结果表明二氧化硅微球有序堆积 ,自组装成胶体晶体 ,其结构为FCC密排结构 ,表面为FCC密排结构的 ( 1 1 1 )面 ;反射光谱还表明 ,所制备的胶体晶体的光子带隙位于可见光波段 .与重力沉淀等其他自组装方法相比 。

胶体晶体的垂直沉积法制备及其光学特性表征

通过控制溶剂蒸发温度和液体表面下降的速度,用垂直沉积法快速地制备出完整的二氧化硅胶体光子晶体.用扫描电子显微镜(SEM)确定了样品的面心立方结构,并通过紫外-可见光分光光度计测试透射光谱研究了其光子带隙特性,为利用模板技术制备具有完全带隙的有序孔结构提供理想模板.

垂直沉积法制备SiO_2胶体晶体及其光子带隙特性

采用stober法在乙醇介质中合成S iO2微球,将制得的样品在30℃下用双氧水浸泡处理48 h。扫描电子显微镜(SEM)测定结果表明,样品平均粒径为292 nm,平均标准偏差小于5%。傅里叶红外光谱(FTIR)测定表明,经双氧水浸泡处理后,S iO2微球表面的羟基数目增多。Zeta电位和标准氢氧化钠滴定测试结果显示,经双氧水浸泡处理后,S iO2微球在水溶液中的Zeta电位从-55.72 mV提高到-63.26 mV,表面电荷密度从0.19 uC/cm2提高到0.28 uC/cm2。用垂直沉积法制备出有序性较好的密排结构的S iO2胶体晶体。在SEM下,观察到这种胶体晶体是面心立方(fcc)密排结构,其(111)晶面平行于基底。透射光谱表明,所制备的胶体晶体在(111)方向具有光子晶体的带隙性质。

双基片垂直沉积法制备稳定的胶体晶体晶片

结合垂直沉积和微隧道毛细管方法, 发展了双基片垂直沉积法, 并利用该方法简单高效地制备了高质量的胶体晶片. 宏观上的亮丽颜色和紫外可见光谱, 以及扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)照片都证明了胶体晶片内部具有高度有序的胶体晶体结构. 在利用该方法构筑胶体晶片的过程中, 毛细力和介质挥发作用对胶体晶体的形成起到了至关重要的作用; 而双基片的限制和保护作用则赋予了胶体晶片较高的稳定性. 通过将不同直径的微球所构筑的胶体晶片进行组合, 我们获得了集多个胶体晶片光学性质于一身的组合胶体晶片. 此外, 该方法制备的胶体晶片不仅可以直接作为光学器件, 还可以作为模板用于构造有序的多孔结构.

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。

垂直沉积法在GaAs衬底上制备有序SiO_2胶体晶体

报道了一种利用直径为286 nm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。

垂直沉积自组装法与复杂结构光子晶体的研究进展

作为一种折光指数呈周期性分布的材料,光子晶体在功能器件、光学纤维和光学伪装材料等方面有潜在重要的应用。总结了以垂直沉积自组装法为基础,通过不同方法来制备光子晶体的研究进展,以及利用这些方法进一步制备各种具有不同复杂结构光子晶体的进展,总结了这些方法制备光子晶体的优缺点,并展望了垂直沉积自组装法制备光子晶体的发展趋势。

垂直沉积干燥薄膜的剪切模量粒径依赖研究

作者前期在关于胶体颗粒粒径对干燥薄膜的初始裂纹形成影响的研究论文中报道了:对于相同厚度薄膜的初始裂纹,其裂纹间距随颗粒粒径的增大而减小.本文从这一实验现象出发,针对垂直沉积干燥薄膜的剪切模量进行了进一步的理论分析.结果表明此薄膜的剪切模量同样具有粒径依赖的特性.同时,通过与颗粒聚集体材料剪切模量的粒径依赖性的比较,我们发现二者有所差异,这表明干燥薄膜的剪切模量不仅仅由其固相部分决定,其液相部分的影响不可忽视.

蛋白石型光子晶体红外隐身材料的制备

基于光子晶体的红外隐身材料,主要采取一维层层堆叠结构和三维木堆结构等来实现对红外波段电磁波辐射性能的调控.本文报道了一种操作简易、成本低廉的光子晶体红外隐身材料制备方法.通过优化的垂直沉积法,微米级SiO_2胶体微球自组装成高质量的蛋白石型光子晶体结构.对SiO_2胶体微球进行优选,成功制备了禁带位于2.8—3.5μm,8.0—10.0μm的SiO_2胶体晶体蛋白石型光子晶体材料.该材料可改变目标相应波段的红外辐射特征,具有目标红外波段的隐身效果.

改性聚苯乙烯微球的制备及其胶体晶体的组装

采用甲基丙烯酸改性的无皂乳液聚合方法制备了尺寸为210 nm、含羧基的聚苯乙烯(PS)微球,用红外光谱、透射电子显微镜和粒度分析仪对其形状和结构进行分析,结果表明,经甲基丙烯酸改性后得到了表面为高密度电荷的单分散性PS微球.用垂直沉积法快速制备出在较大范围(大于1 cm2)呈现很好有序性的密排结构聚苯乙烯胶体晶体薄膜,其在590 nm波长处存在光子带隙,在电子显微镜下,观察到这种胶体晶体是面心立方(fcc)密排结构.

表面富含羧基的单分散交联聚合物微球的快速自组装制备胶体晶的研究

在 2 0～ 70℃范围内 ,用垂直沉积的方法可使表面富含羧基的单分散交联聚合物微球在不同的基底上快速自组装成三维有序的胶体晶 .不同粒径的微球形成的胶体晶其光禁带峰位不同 ,因此可调控不同波长的光在胶体晶中的传播 .利用紫外 -可见光谱研究了胶体晶的光禁带峰位与组成其微球粒径之间的关系 .结果表明 ,随着构成胶体晶微球粒径的增大 ,胶体晶光禁带峰位发生了红移 ,而随着入射光角度的增大 ,胶体晶的光禁带峰位发生了蓝移 .利用原子力显微镜和扫描电子显微镜研究了其它条件对聚合物微球有序排列的影响 ,发现聚合物微球在 p H值为 3 .0～ 1 3 .0范围内可以形成三维有序自组装胶体晶 .这是由于在不同的 p H值下 ,聚合物微球表面发生羧基化及去羧基化反应 。

油性介质中组装二氧化硅胶体晶体薄膜

报道了一种由粒径大于700 nm的SiO2微球组装胶体晶体薄膜的方法.以一种密度较大的疏水性有机物替代水或醇类为分散剂,通过对SiO2微球表面进行疏水性处理改善其在油性介质中的分散性,采用改进的垂直沉积法在油性分散剂中制备SiO2胶体晶体.用扫描电子显微镜、红外光谱仪和紫外-可见光谱仪对SiO2胶体晶体薄膜的形貌、结构和光学性能进行了观察测试.结果表明:较大密度的分散剂能有效降低SiO2微球的沉降速度,组装成直径在700～2 000 nm范围的SiO2微球的胶体晶体.获得的SiO2光子晶体具有长程有序结构,并在近红外区具有显著的光子频率带隙.

SiO_2胶体晶体的自组装结构及其带隙特征

光子晶体是一种具有光子带隙的新型功能材料。利用垂直沉积自组装法制成SiO2胶体晶体,并利用扫描电子显微镜和紫外分光度计对胶体晶体的显微形貌和光学特征进行了研究。结果表明,利用垂直沉积法自组装得到的SiO2胶体晶体具有面心立方结构;在可见光波段,胶体晶体在<111>面方向存在光子带隙。

双基片垂直沉降法自组装二氧化硅胶体晶体

采用Stber法制备了适于自组装的单分散性的SiO2球体颗粒,再采用双基片垂直沉积法在无水乙醇中制备出SiO2胶体晶体。通过X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜(SEM)对胶体晶体的晶型和显微形貌进行测试分析。结果表明:所得SiO2球体颗粒为无定形态,粒径为70～380nm,粒径随着氨水浓度的增大而增大;随着双基片间距增大,胶体晶体周期性排列越紧密有序,相同基片间距下,双尺寸胶体晶体更难以获得。

薄膜厚度对胶体晶体薄膜光学特性的影响

通过控制温度和湿度,用垂直沉积法快速制备出了不同厚度的高质量二氧化硅和聚苯乙烯胶体晶体薄膜。用透射光谱和反射光谱对制备的样品的光学特性进行了表征,并与理论计算结果进行了对比分析;用衍射光谱中的布拉格衍射峰两侧的波纹测量了薄膜厚度,并对薄膜厚度对其光学特性的影响进行了分析,为用厚度调制胶体晶体薄膜光学特性和实际应用创造了条件。

单分散性sio_2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。

P(St-NIPAm)核-壳纳米粒子的制备及其光子晶体薄膜

以过硫酸铵为引发剂,固定反应单体物质的量之比,采用一步无皂乳液聚合法,制备粒径不同的聚(苯乙烯-N-异丙基丙烯酰胺)纳米粒子,研究了反应单体用量对纳米粒子粒径的影响;然后利用简单的垂直沉积法,在载玻片上自组装光子晶体薄膜。结果表明:制备的纳米粒子具有较高的单分散性并呈明显的核-壳结构,其粒径与反应单体用量呈线性关系;薄膜中纳米粒子呈面心立方紧密堆积,薄膜厚度约8μm;薄膜光子禁带的实验测量值与理论计算值基本一致,且禁带与纳米粒子粒径呈线性关系;当反应单体的总物质的量分别为20,25,30,35mmol时,自组装成的光子晶体薄膜的颜色分别呈蓝紫、蓝绿、黄绿和橘红色。

聚苯乙烯胶体光子晶体的制备工艺研究

以单分散的粒径为390 nm和690 nm的聚苯乙烯微球为原料,采用垂直自组装法制备了聚苯乙烯胶体晶体。采用扫描电子显微镜和分光分度计对样品形貌、结构以及光学特性进行了表征和分析。研究了乳液浓度、干燥温度对聚苯乙烯胶体晶体膜的微观形貌影响。结果表明:乳液浓度为0.1 wt%、干燥温度为45℃时,该胶体晶体膜微观形貌为高质量的密排六方结构,烧杯壁呈现绚丽的颜色。反射光谱表明,该结构具有光子晶体的带隙特征,带隙的中心波长约为850 nm和1600 nm。

棉织物上P(St-HEA)光子晶体结构生色薄膜的制备

采用无皂乳液聚合法,以苯乙烯(St)和丙烯酸羟乙酯(HEA)为共聚单体,过硫酸铵(APS)为引发剂制备P(St-HEA)胶体微球,然后以其为结构单元,应用垂直沉积法在棉织物上构建P(St-HEA)仿生光子晶体结构。利用马尔文动态粒度测试仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)测定和观察P(St-HEA)胶体微球的粒径、单分散性及形貌结构,利用FESEM观察棉织物上P(St-HEA)光子晶体的表面形貌,通过三维视频显微镜、紫外-可见分光光度仪和多角度分光光度仪表征P(St-HEA)光子晶体结构色的生色效果。研究结果表明:随St用量减少、HEA用量增加或APS用量增多,P(St-HEA)胶体微球粒径增大;微球分布均匀、球形度良好,呈现典型的软壳-硬核结构;棉织物表面P(St-HEA)光子晶体为三维面心立方结构,呈现出鲜艳明亮、色彩均匀且虹彩明显的仿生光子晶体结构色。

SiO_2/ZnO三维光子晶体的制备及光学性质

采用垂直沉积法制备了三维SiO2光子晶体模板。以醋酸锌为前躯体,成功制备了SiO2/ZnO三维复合光子晶体。扫描电子显微镜测试结果表明SiO2和SiO2/ZnO光子晶体均为面心立方结构排列。光学测试表明SiO2和SiO2/ZnO周期性阵列均在[111]方向出现了光子带隙。当具有较高折射率的ZnO材料包覆后,SiO2/ZnO光子晶体[111]方向光子带隙的中心波长发生红移,光子晶体基元材料的有效折射率有所增加。同时,光子晶体的光学性质与样品内部的缺陷态密度密切相关。