具有梯度结构的蛋白石光子晶体的制备

具有梯度结构的蛋白石光子晶体具有独特的光学性能。本文通过垂直沉积法和电场诱导沉积等方法共同作用将具有不同直径的聚苯乙烯(Polystyrene)胶体微球逐层组装在一起,制备出具有梯度周期尺寸变化的蛋白石结构。

HCl/NH_3敏感的卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体荧光传感器

将反蛋白石结构的光子晶体引入到腐蚀性气体检测体系,制备得到卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体(TPP-SiO_2IOPCs)荧光传感器。相对于空白样,TPP-SiO_2IOPCs传感器实现了氯化氢(HCl)气体检测信号200倍的增强,这主要归因于反蛋白石型光子晶体的大孔结构和慢光子效应。同时,TPP-SiO_2IOPCs传感器对于HCl气体的猝灭效率可达75%,比空白样的提高了25%,而且经HCl气体处理后的传感器通入氨气(NH_3)后,初始的荧光强度几乎完全恢复。在HCl和NH_3条件下进行5个循环后,TPP-SiO_2IOPCs传感器表现出良好的可重复使用性。该研究对于发展高效的荧光传感器提供了新的思路。

三联噻吩衍生物功能化SiO_(2)反蛋白石光子晶体荧光薄膜的制备及应用

将单分散聚苯乙烯微球乳液与SiO_(2)溶胶均匀混合后,于恒温恒湿条件下,竖直沉积共组装制备得到蛋白石型光子晶体薄膜,然后利用牺牲模板法制得SiO_(2)反蛋白石光子晶体薄膜.该薄膜依次经过浓硫酸与过氧化氢混合液、3-氨丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液、三联噻吩的三氯甲烷溶液和硼氢化钠的甲醇溶液处理后,得到三联噻吩衍生物功能化的SiO_(2)反蛋白石光子晶体.结果表明,制备得到的光子晶体薄膜在512 nm处有荧光发射,经紫外辐射后荧光猝灭,甲醛气氛下458 nm处又出现新的荧光发射峰.在甲醛气氛下20 s即可观察到荧光发射,空气氛围下可恢复,10次循环仍可保持强的荧光发射,可重复性良好.以无反蛋白石光子晶体结构的三联噻吩衍生物的平滑膜与甲醛作用的体系作为参比,以330和400 nm聚苯乙烯微球为模板制备的三联噻吩功能化反蛋白石光子晶体,在甲醛气氛中发射的荧光分别增强47.5和78.6倍.这是由于光子晶体光子禁带的红带边和蓝带边与荧光发射波长相重叠,产生了慢光子效应,极大地增强了发射的荧光强度.

AIE聚合物反蛋白石光子晶体荧光薄膜检测四氢呋喃气体

建立高灵敏检测易挥发有机溶剂的方法。采用牺牲模板法制备了具有三维大孔结构的SiO_(2)反蛋白石光子晶体薄膜,填充具有聚集诱导发光效应(AIE)的聚四苯基乙烯衍生物(TPEP),得到对四氢呋喃气体敏感的光子晶体荧光传感薄膜。该薄膜在464 nm处发射荧光,当置于四氢呋喃气体氛围中,发生荧光猝灭。选择光子禁带蓝带边与荧光发射波长相重叠的光子晶体,并利用其慢光子效应增强荧光特性,实现了对四氢呋喃气体的高灵敏检测,最低检测浓度为24.6μmol/L。该薄膜2 min内即可对四氢呋喃响应,选择性好,重新置于空气中四氢呋喃挥发后荧光恢复,可以实现重复使用,为四氢呋喃气体的检测提供了一种新的方法。通过修饰不同的功能分子,可以设计构筑检测不同目标分析物的光子晶体荧光传感薄膜。

一种Hg^(2+)敏感的反蛋白石光子晶体荧光传感薄膜

报道了一种罗丹明B衍生物(RM)填充的SiO_(2)反蛋白石光子晶体薄膜作为荧光传感平台,实现了对Hg^(2+)的高灵敏、高选择性、可重复性检测。RM与Hg^(2+)发生专一的配位作用,其产物RMHg^(2+)在585 nm处发射荧光。当所选光子晶体的光子禁带蓝带边与荧光波长重叠时,光子晶体的慢光子效应能够有效增强RM-Hg^(2+)的荧光强度,提高检测Hg^(2+)的灵敏度,最低检出限为2.1 nmol/L,且具有良好的选择性和抗干扰性。此外,基于Hg^(2+)与EDTA更强的络合作用,传感薄膜可被EDTA再次激活而重复用以检测Hg^(2+)。该光子晶体荧光传感薄膜为设计检测其他金属离子传感平台提供了新策略。

酸碱气体敏感的反蛋白石光子晶体荧光传感薄膜

构筑挥发性酸碱气体检测荧光传感薄膜。利用慢光子效应增强荧光的特性,在具有三维大孔结构的SiO_(2)反蛋白石光子晶体孔隙填充功能有机小分子(HPQ-AC),实现了对NH_(3)和HCl气体的高效连续检测。将所制的传感薄膜置于NH_(3)氛围中,30 s内在496 nm处发射强的荧光。通过选择光子禁带蓝带边与荧光发射波长重叠的光子晶体,实现对NH_(3)的荧光传感;当继续暴露于HCl气体氛围中,光子晶体传感薄膜的荧光发生猝灭,实现了对HCl气体的高效检测。所构筑的反蛋白石光子晶体薄膜实现了对酸碱气体的连续检测,也为开发其他气体荧光传感器提供了思路。

甲基丙烯酸/丙烯酰胺双单体共聚反蛋白石光子晶体的制备

以烧结后的二氧化硅光子晶体为模板,采用溶胶凝胶法向模板间隙填充以甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AM)为双功能单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂的聚合物前驱液,制备了甲基丙烯酸/丙烯酰胺共聚(PMAM)双单体反蛋白石凝胶光子晶体.通过紫外可见光谱分析表明,反蛋白石结构的凝胶膜对pH响应范围在4.0～7.0之间.由于其不受离子强度的影响,除了可以作为pH传感器外,还可以作为金属离子及生物小分子等分子印迹光子晶体传感器的基体膜.

中红外完全带隙Si反蛋白石光子晶体的制备与光学性能研究

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2胶体晶体,采用低压化学气相沉积法填充Si,制备得到Si反蛋白石(opal)三维光子晶体.采用扫描电子显微镜对Si反opal的显微形貌进行表征,采用平面波展开法理论模拟Si反opal的光子带隙,采用傅里叶变换红外光谱仪测试其光学性能.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内填充致密均匀,显微红外光谱测试的光子带隙反射峰位置及带宽与理论计算基本符合.变角度反射光谱测试表明,Si反opal沿不同角度入射时在中心波长3319nm处均存在明显的反射峰,证明其具有完全光子带隙,带隙位于中红外大气窗口区域.

ZrO_2上转换反蛋白石光子晶体的制备及发光调控研究

采用自组装方法和溶胶凝胶法制备了光子带隙位于489和543nm的2种Yb^(3+),Tb^(3+)共掺杂的ZrO_2反蛋白石光子晶体,并研究了光子带隙对Tb^(3+)离子490和545nm的上转换发光的调控。研究发现:Yb^(3+),Tb^(3+)共掺杂的ZrO_2反蛋白石光子晶体的光子带隙对Tb^(3+)的490nm(~5D4→~7F6)和545nm(~5D4→~7F5)的上转换发光有显著的影响。当Tb^(3+)离子的发射光谱带与光子禁带重合时,在光子带隙调制作用下,Tb^(3+)的上转换发光受到明显的抑制。通过调节光子晶体的周期结构可以实现对稀土Tb^(3+)的蓝光和绿光的上转换发射的调控。

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。

反蛋白石光子晶体快速检测人心脏型脂肪酸结合蛋白的技术研究

目的 建立一种用于快速检测人心脏型脂肪酸结合蛋白(heart-type fatty acid-binding protein,H-FABP)的光子晶体(photonic crystal,PC)水凝胶传感检测方法。方法 以甲基丙烯酸(methacrylic acid,MAA)为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(ethylene glycol dimethacrylate,EGDMA)为交联剂制备掺杂金纳米颗粒的反蛋白石PC水凝胶。进一步修饰H-FABP抗体,制得反蛋白石PC传感材料,研究该传感材料对H-FABP的响应性能。结果 在最佳实验条件下,该方法的检测范围为100 pg/mL~1μg/mL,检出限为11.2 pg/mL,响应时间为8 min,且具有良好的特异性。模拟实际样品的加标回收实验结果表明,该方法具有良好的准确性。与酶联免疫吸附测定试剂盒方法相比,该方法灵敏度较高,检测范围较广。结论 该传感检测方法结合了PC的光学特性与水凝胶的响应特点,实现了对H-FABP的快速检测,为急性冠脉综合征的生物标志物的早期筛查提供技术支撑。

三维有序光子晶体制备及其光学表征

利用重力自组装方式获得了聚苯乙烯(Polystyrene,PS)微球三维有序结构的光子晶体模板.借助毛细管力作用,将BPS(B2O3-P2O5-SiO2)溶胶填充到PS蛋白石模板,制备出层数可控的PS蛋白石及网状BPS反蛋白石模板.吸收及透射光谱表明,光子带隙位置因PS固化时收缩而表现出较大幅度的蓝移.XRD衍射图表明BPS在烧结过程中,随温度升高,BPO4晶相增加,将影响BPS骨架结构的介电常数.

二氧化钛反蛋白石薄膜的制备及其在化学传感器中的应用

用提拉成膜法将单分散295nm聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球自组装成蛋白石光子晶体膜.在PMMA蛋白石光子晶体膜的空隙里填充15nm二氧化钛纳米颗粒,经500℃的处理除去PMMA膜板,制备出大面积,结构均一的二氧化钛反蛋白石光子晶体膜.扫描电子显微镜(SEM)观察和X射线光电能谱(XPS)分析表明,这种二氧化钛反蛋白石光子晶体薄膜是六方紧密堆积.用这种二氧化钛反蛋白石光子晶体膜对溶液折射率的检测实验表明该传感膜分辨率可达0.01.

双单体分子印迹光子晶体凝胶膜检测双酚A

采用光子晶体技术和分子印迹技术结合的方法,以双酚A为模板分子、甲醇为溶剂、甲基丙烯酸和丙烯酰胺为单体、乙二醇二甲基丙烯酸甲酯为交联剂、2,2-二乙氧基苯乙酮为光引发剂,制备了具有三维有序排列大孔结构的双酚A分子印迹光子晶体凝胶膜。随着双酚A的含量从10-10mol/L增加到10-3mol/L,布拉格衍射波长红移达36 nm,肉眼可分辨出颜色变化,且波长的变化不受离子强度和阿魏酸、水杨酸、对苯二酚等测定样品结构类似的干扰化合物的影响。

低温等离子体增强化学气相沉积法制备Ge反opal三维光子晶体及其光学性能

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2三维有序胶体晶体模板,采用等离子体增强化学气相沉积法在200℃低温条件下填充高折射率材料Ge,获得了Ge反opal三维光子晶体.实现了低于GeH4热分解温度的低温填充.通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅里叶变换显微红外光谱仪对Ge反opal的形貌、成分和光学性能进行了表征.结果表明:沉积得到无定型态Ge,退火后形成多晶Ge,Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀.Ge反opal的反射光谱有明显的光学反射峰,表现出光子带隙效应,其带隙中心波长为1650nm和2640nm,测试的光学性能与理论计算基本符合.采用SU-8光刻胶薄膜也进行了Ge沉积,证实了SU-8模板可以耐受这一沉积温度.低温沉积降低了Ge的填充温度,可以直接采用不耐高温的高分子材料作为初始模板,单次复型制备得到多种构型的完全带隙三维光子晶体.

Design of a ZnO/Poly(vinylidene fluoride)inverse opal film for photon localization-assisted full solar spectrum photocatalysis

Owing to its photonic band gap(PBG)and slow light effects,aniline black(AB)-poly(vinylidene fluoride)(PVDF)inverse opal(IO)photonic crystal(PC)was constructed to promote the utility of light and realize photothermal synergetic catalysis.As a highly efficient reaction platform with the capability of restricting heat,a microreactor was introduced to further amplify the photothermal effects of near infrared(NIR)radiation.The photocatalytic efficiency of ZnO/0.5AB-PVDF IO(Z0.5A)increases 1.63-fold compared to that of pure ZnO film under a full solar spectrum,indicating the effectiveness of synergetic promotion by slow light and photothermal effects.Moreover,a 5.85-fold increase is achieved by combining Z0.5A with a microreactor compared to the film in a beaker.The photon localization effect of PVDF IO was further exemplified by finite-difference time-domain(FDTD)calculations.In conclusion,photonic crystal-microreactor enhanced photothermal catalysis has immense potential for alleviating the deteriorating water environment.