PMMA光子晶体及PMMA/TiO_2光子晶体的制备及表征

用无皂乳液聚合法,制备单分散的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球,并使其在重力和表面张力作用下自组装成PMMA光子晶体。用SEM研究其表面形貌,并对其进行光学性质的研究。此外还制备了PMMA/TiO2光子晶体,用AFM表征了其形貌,XRD表征了混合体系的TiO2的晶型。经光学性质研究表明,TiO2纳米粒子提高了光子晶体的折射率比,光子带隙红移。

TiO2光子晶体的光子带隙及其应用

最近利用TiO2光子晶体控制光子的研究取得了一定进展。本文概述了TiO2光子晶体的分类、性质、制备和应用。TiO2光子晶体在反射器件、光电转换、化学传感器和光催化等方面应用前景广阔,目前,可见光和近红外波段的TiO2光子晶体的合成是工作的难点,本文对今后TiO2光子晶体的研究提出了展望。

SiO_2 Opal光子晶体结构周期数对TiO_2染料敏化太阳能电池光电性能的影响

通过在N719敏化的纳米晶二氧化钛膜上耦合SiO_2 Opal光子晶体,以此复合膜为光阳极,以敏化二氧化钛与无序SiO_2的复合膜为参比膜,考察了SiO_2 Opal光子晶体结构周期数对电池光电性能的影响。SiO_2 Opal光子晶体的结构周期数由制备光子晶体时的沉积液浓度控制。实验结果表明复合光子晶体后,电池的短路电流密度ISC和能量转化效率Eff明显提高,且光子晶体周期数越多,提高率越大,当SiO_2 Opal结构周期数增加至20层时,ISC和Eff与参比膜相比分别增加了91%和164%。IPCE分析表明光电性能提高的原因在于当光子晶体带隙与N719吸收峰重合时,利用光子带隙反射与光局域效应可提高N719对波长530nm光的吸收率。即光子晶体可有效提高吸光材料在光子带隙处的吸光率,且随着光子周期数增加,提升效果越显著。

色散SiO_2/TiO_2薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性

用特征矩阵法研究了由正常色散SiO2/TiO2薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性,并与无色散时的传输特性做了对比。结果表明,随序列项数的增加,相应的前一序列的透射谱中透射率较低的凹带逐渐变成禁带,禁带数增加;初始介质是低折射率的SiO2薄膜时比高折射率的TiO2薄膜时各序列的透射谱中的禁带数多,各禁带的宽度和中心波长基本相同;在总厚度一定的条件下,随SiO2薄膜的厚度增大(TiO2薄膜的厚度减小),禁带的宽度减小,禁带的中心波长基本不变;随入射角增大,禁带的中心波长向短波方向移动,禁带宽度变小。在其它相同条件下,无色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长比有色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长都有增加。

基于FDTD法模拟一维TiO_2光子晶体缺陷态的研究

介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本原理,设计了一个由TiO2和SiO2组成的(AB)MA结构一维光子晶体模型(A为TiO2,B为SiO2,M=8),并对光子晶体中传播的电磁场作了模拟和分析.结果表明:不通过掺杂的方法,只是改变光子晶体的结构参数也可在光子带隙中引入缺陷态,且缺陷态的中心波长和宽度随结构参数的改变而变化.

基于TiO2/PMMA复合绝缘层的并五苯场效应晶体管研究

当前制备高性能、柔性半导体器件已成为光电子领域的热门研究,将高介电常数的无机材料与易成膜、柔性好的有机材料相结合制备高电容率绝缘层,是提升有机场效应晶体管性能的有效途径之一。本文采用简便的旋涂法制备了二氧化钛(TiO2)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的复合绝缘薄膜,介电常数相对纯PMMA薄膜有所提升,将其作为场效应晶体管的绝缘层,加之并五苯作为有源层,得到了低制备成本,高载流子迁移率,且具可柔性加工潜质的有机场效应晶体管。

TiO2/SrTiO3光子晶体薄膜的制备及光电催化性能

以单分散聚苯乙烯(PS)微球在FTO导电玻璃表面自组装形成的蛋白石(Opal)结构为模板,使用溶胶-凝胶法进行TiO2前驱体的填充,退火后制备出反蛋白石结构的TiO2光子晶体薄膜。进一步通过水热反应将部分TiO2反应生成SrTiO3从而形成TiO2/SrTiO3异质结。通过多种手段技术表征了所制备材料和结构的晶型,形貌及其光电化学性能。研究结果表明,SrTiO3的负载量和晶粒大小可以通过水热反应时间调控。在经过0.5h的水热反应后,SrTiO3的负载量为9.6%,TiO2/SrTiO3薄膜保持了原有的光子晶体结构,且光电流增大了82%。TiO2/SrTiO3异质结构的形成能有效地促进光生载流子的分离,提高光电催化性能。

TiO_2/SiO_2多层膜系一维光子晶体缺陷态特性研究

建立了一种基于TiO2/SiO2多层膜系并含缺陷层的一维光子晶体模型。基于时域有限差分(FDTD)算法,对其基本层周期数,缺陷层位置、光学厚度以及不同材料等情况下的带隙特性在理论上进行了系统的模拟与分析,发现这种一维光子晶体的缺陷态的透过率和带隙宽度受基本层周期数、缺陷层所在位置和材料的影响较大,而缺陷态中心波长位置仅由缺陷层的光学厚度决定。

PMMA胶体晶体模板法制备三维有序大孔TiO_2/SiO_2

以密堆积的聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,用一种预制备的水分散性TiO2纳米晶、正硅酸乙酯、水和乙醇制成混合溶胶,通过一种浸渍-抽滤方法,将混合溶胶充填于模板微球之间的间隙,原位形成凝胶,最终通过焙烧除去模板微球得到三维有序大孔TiO2/SiO2复合氧化物。样品的SEM结果表明,所形成的球形孔大小均匀,孔径在195$5nm,并以六方和四方的有序排列在三维方向上延伸。样品的TEM和XRD表明大孔的孔壁中含有6～7nm的锐钛矿型TiO2纳米晶。

光子晶体结构TiO2薄膜的制备及其染料电池性能

以聚苯乙烯小球薄膜为正模板,采用溶胶-凝胶法拓扑复制出具有光子晶体结构的TiO_2薄膜;利用扫描电镜和UV-vis分光光度计等对其结构进行表征;将此结构的TiO_2薄膜作为电极组装成N3染料敏化电池,用全光谱显微分光光度计测出了吸收与反射光谱,并测其伏安特性。结果表明:成功制备出具有周期性排列有序大孔的光子晶体结构TiO_2薄膜;改善了TiO_2薄膜光吸收和光电转化性能;这种结构的TiO_2薄膜可以增强染料敏化后在可见光范围的吸收强度,相比于同等厚度的普通TiO_2薄膜,可提高染料敏化电池的短路电流和开路电压,改善填充因子和电池效率。

一维多孔TiO_2/SiO_2光子晶体能带结构模拟计算

为展宽光子带隙,提出多孔薄膜层状结构的一维光子晶体模型。采用有效介质理论计算多孔薄膜有效介电常数,使用平面波展开法,模拟计算了一维多孔TiO_2/SiO_2光子晶体的能带结构。结果表明:电介质层孔隙率变化、厚度变化时,带隙宽度和中心频率都能被有效地调制,可实现紫外、可见光波段宽带隙的光学介质组合。这为可见光区光电子器件的制备提供了新的思路。

TiO2反opal球形光子晶体颗粒的制备

联合萃取辅助微乳液法和液相沉积技术成功制备了TiO2反opal球形光子晶体颗粒。首先用萃取辅助微乳液法合成PSopal球形光子晶体颗粒作为模板颗粒,然后利用液相沉积技术在模板颗粒空隙填充TiO2,去除模板得其TiO2反opal结构。样品的SEM图像和反射光谱结果显示,光子晶体颗粒球形度好,组装质量较高,微观结构排列有序;反射峰狭窄陡峭,反射强度较高。

基于自组装法的可见区三维完全带隙TiO2空心微球光子晶体的研究

项目类型：面上项目 项目编号：50902013 项目摘要：可见区三维完全带隙光子晶体有着极其广泛而重要的实际应用，其制备仍然是目前光子晶体研究的难点。在已知的可用自组装法实现的光子晶体中，产生三维完全带隙所需的材料折射率都不低于2．8；而可见区三维完全带隙光子晶体对材料的折射率及透明度有着更苛刻的要求。本项目提出了一种空心微球非密堆积面心立方结构的光子晶体模型，初步优化结果显示，开通完全带隙所需的最小折射率仅为2．3，

中红外区二氧化钛反蛋白石光子晶体的光子定域化研究

为了得到二氧化钛反蛋白石光子晶体中影响光子定域化的规律,基于Mie散射理论和低浓度近似,对光子定域化参量进行了数值计算与理论分析,发现在该氧化物的剩余射线区内,入射波长和散射体大小对光子定域化有明显的影响.结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8时,在中红外区13.3～15.3μm范围内出现了光子定域化现象,并随着散射体半径的增大,定域化区向长波方向移动;同时,定域化参量先增大后减小.研究结果为实验上在该类光子晶体中实现光子定域化现象提供了理论参考.

光子晶体在荧光集光太阳能光伏器件中对波长选择反射的理论计算

为了减少荧光集光太阳能光伏器件的非全反射荧光逃逸,使荧光有效传输到侧面的太阳能电池上,可以在光波导介质与空气界面铺设一层二维光子晶体,利用光子晶体的光子带隙实现荧光的全反射,有可能提高光波导对荧光的收集效率.这里用有限元分析软件Ansys计算了不同折射率、不同形状(圆柱、四棱锥、四方柱、六角柱、圆锥)正方晶格单层二维光子晶体0～45°间TE波和TM波的反射系数.结果表明,当光波导介质为玻璃(折射率1.5)、光子晶体介质为TiO2(折射率2.2)、形状为四方柱时,光子晶体在0～13°的范围内形成带隙,相应的理论收集效率从74.5%提高到77.1%.

用于可见光区的薄膜光子晶体全角度反射器

采用角域叠加方法可以有效地获得可见光区域的一维光子晶体全角度反射器.4个TiO2/SiO2薄膜光子晶体用角域叠加形成全角度反射的相对带宽为41·33%,而在同样条件下用常规的频域叠加方法合成的全角度反射的相对带宽仅为14·26%.阐述了角域叠加的基本原理,计算给出了可见光区域的全角度反射器,并提出用角域叠加方法可方便地构建频域叠加所无法实现的紫外区域的全角度反射器.

TiO_2-SiO_2光催化剂的合成及其对罗丹明B的光催化降解

采用两步模板法,通过制备二氧化硅胶体晶体模板,以钛酸异丙酯为钛源和三嵌段共聚物P123为介孔导向合成介孔钛硅氧化物光子晶体微球光催化剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对制得的薄膜材料的结构进行表征。结果表明,介孔复合薄膜中锐钛矿型TiO2纳米粒子均匀排列。以罗丹明B为模型物,考察其在紫外光区的光催化活性。结果表明,钛硅氧化物光催化剂降解效果比普通TiO2薄膜有所提高。

纳米TiO_2薄膜的应用研究进展

本文简要总结了Ti O2及其薄膜的制备和特性,归纳了以Ti O2薄膜为主体的多功能材料薄膜的制备及优点,并总结了Ti O2薄膜在光催化性能、制备光子晶体、制备抗反射薄膜等众多领域的应用进展,最后指出Ti O2薄膜发展应用的前景。

Enhancing extraction efficiency from GaN-based LED by using an omni-directional reflector and photonic crystal

To enhance the light extraction efficiency of traditional light-emitting diodes(LEDs) by reducing the total internal reflection,an omni-directional reflector(ODR) and photonic crystal are adopted in the paper.The structures of photonic crystal and the ODR are designed by diffraction theory and finite difference time domain(FDTD) method.The photonic crystal is employed in the p-GaN layer and the ODR composed of TiO2/SiO2 is designed between the active region and substrate.The simulation results indicate that the light extraction of LEDs can be enhanced by 11.6 times,and the external quantum efficiency of LEDs will be effectively improved.