[发明专利]自组装光子晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光子晶体的制备方法。

背景技术

单分散胶体粒子自组装光子晶体是一种在纳米尺度上具有三维有序结构的材料，由于介电常数的空间周期排列，使得光子晶体能够调制光波，故而在光学反射镜、光开关以及光学通讯上有着广阔的应用。公开号为CN1749445(名称为《控制胶体微球自组装及制备二维、三维光子晶体的方法》)的专利和公开号为CN1936074(名称为《一种减压自组装生长三维光子晶体薄膜的方法及装置》)的专利，在制备胶体光子晶体的过程中，由于基片多为载玻片等光学玻璃或者是硅片，所致得到的光子晶体不可弯折，并且由于硬质基片尺寸的限制，无法制备大面积的光子晶体且在基片边缘的光子晶体质量往往较差。公开号为CN101060922(名称为《使用胶体纳米粒子的胶体光子晶体及其制备方法》)的专利通过在胶体溶液中引入聚乙烯醇、聚丙烯酸等弹性材料自组装制备柔性光子晶体，这种方法制备的光子晶体由于空隙以被弹性材料填充，所以无法加工成反蛋白石结构的光子晶体。公开号为CN101092054(名称为《非密堆积胶体晶体薄膜的热压制备方法》)的专利，利用壳层为弹性材料的核壳结构的光子晶体通过热压的方式制备柔性光子晶体，这方法制备的光子晶体有序性差。垂直沉积法是一种胶体光子晶体生长的方法，常见的制备是将基板垂直或者成一定角度的进入胶体溶液中，通过溶液的挥发或者是基板的提拉，使得胶体粒子在基板上自组装形成有序排列的光子晶体。但由于采用的基板是水平的，大面积光子晶体的制备只能通过的增大基板面积扩大生长容器的体积来实现。这导致大部分的胶体粒子在容器壁上生长，原料的利用率降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法无法制备大面积的光子晶体，并且制备的光子晶体不可弯折的问题，提供了一种自组装光子晶体的方法。

第一种自组装光子晶体的方法如下：一、基板的表面处理：将经过去离子水超声清洗10min-30min的基板用丙酮超声清洗10min-30min，然后用氮气吹至表面干燥或者在20℃-60℃的干燥箱中烘至干燥，再用氧等离子处理1min-10min；二、胶体溶液的配置：将球径为50nm-5μm的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅或二氧化钛小球加入到溶剂中得到单分散性小于等于5％、质量分数为0.005％-5％的溶液，然后将所得的溶液超声震荡10min-30min，得到胶体溶液；三、将基板放入经过去离子水清洗10-30min、丙酮超声清洗10-30min、去离子水冲洗并干燥后的容器中，然后加入步骤二配置的胶体溶液，然后在温度为20℃-70℃的恒温条件下使胶体溶液挥发，待无物质挥发取出基板，即得到光子晶体；其中步骤一中所述的基板是厚度为0.01mm-1mm且表面镀有铝、银、金或氧化铟锡的聚酯基板、聚酰亚胺基板、聚砜基板、聚碳酸酯基板、聚乙烯基板、聚氯乙烯基板、聚氨酯基板、有机硅基板或橡胶基板；步骤一中将所述的基板卷曲成空心圆柱形、空心圆台形或螺旋形；步骤二中所述的溶剂是去离子水、乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或几种的混合溶液。

本方法步骤一中的基板不进行处理直接放入步骤二得到的胶体溶液中。

第二种自组装光子晶体的方法如下：一、有机基板的表面处理：将有机基板放入质量分数5％-30％的酸性溶液中浸泡1min-30min，然后再用去离子水超声清洗10min-30min、干燥；二、胶体溶液的配置：将球径为50nm-5μm的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅或二氧化钛小球加入到溶剂中得到单分散性小于等于5％、质量分数为0.005％-5％的溶液，然后将所得的溶液超声震荡10min-30min，得到胶体溶液；三、将有机基板放入经过去离子水清洗10-30min、丙酮超声清洗10-30min、去离子水冲洗并干燥后的容器中，然后加入步骤二配置的胶体溶液，然后在温度为20℃-70℃的恒温条件下使胶体溶液挥发，待无物质挥发取出基板，即得到光子晶体；其中步骤一中所述的有机基板是厚度为0.01mm-1mm的聚酯基板、聚酰亚胺基板、聚砜基板、聚碳酸酯基板、聚乙烯基板、聚氯乙烯基板、聚氨酯基板、有机硅基板或橡胶基板；步骤一中所述的酸性溶液是重铬酸钾溶液；步骤一中将所述的有机基板卷曲成空心圆柱形、空心圆台形或螺旋形；步骤二中所述的溶剂是去离子水、乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或几种的混合溶液。

本方法步骤一中的基板不进行处理直接放入步骤二得到的胶体溶液中。