[发明专利]一种双尺寸SiO2光子晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体的制备方法，特别涉及一种双尺寸SiO₂光子晶体的制备方法。

背景技术

光子晶体的概念是指具有不同介电常数或是折射率的介质材料在一维、二维或是三维方向上呈周期性有序排列，从而对特定波长的光的传播起到选择性抑制或调制作用的材料。单一尺寸光子晶体所表现的光学性能相对单一，如单一尺寸光子晶体即表现出所得带隙较窄的缺陷，严重影响到超材料的研究与应用。目前制备双尺寸光子晶体主要采用微细加工法或者采用微细加工法和自组装法相结合的方式，其中所采用微细加工法过程精密可控，重复性好，可在制备过程中可控地引入缺陷，但是微细加工法设备工艺复杂、周期长、成本高，另外制备过程中所使用的光刻胶、显影液、刻蚀液、清洗液等不利于环保。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双尺寸SiO₂光子晶体的制备方法，制备的非密堆反蛋白石光子晶体排列完整、间隙可调，且生产工艺简单、周期短、所需设备简单。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种双尺寸SiO₂光子晶体的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将体积比为1∶1～5的正硅酸乙酯和质量浓度为25％～28％的氨水分别溶于等体积的无水乙醇中配置成溶液A和溶液B，其中溶液A中正硅酸乙酯的浓度为0.15～0.5mol/L，在持续磁力搅拌下将溶液B加入溶液A中，持续搅拌反应22小时后，离心分离，再经水洗和醇洗后于50～60℃干燥，得到SiO₂纳米或亚微米球；

第二步，将所制备的粒径比为大球∶小球＝3～8∶1的两种SiO₂球体颗粒按质量比为大球∶小球＝5～30∶1分别进行称取，分别将两种SiO₂球体颗粒超声分散于溶剂中，超声时间为2～3h，其中两种SiO₂球体颗粒悬浮液的质量分数相等且两种SiO₂球体颗粒均占其悬浮液总质量的0.5％～3％，然后将两悬浮液混合，继续超声分散2～3h，得混合悬浮液；

第三步，将基底垂直浸入已放置平稳的混合悬浮液中，在抽真空中40℃、60％相对湿度下静置，待溶液完全蒸发后，在基底表面生长出一层双尺寸SiO₂光子晶体。

所述第二步中的溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、乙腈或者异丙醇。

所述第三步中基底为载玻片、ITO玻璃或者硅片。

所述第三步中基底在浸入混合悬浮液之前，先依次用质量浓度为1％～2％的氢氟酸，体积比为7∶3的浓硫酸-双氧水混合溶液，以及质量浓度为1％～2％的氢氧化钠溶液各超声清洗15min，用去离子水冲洗后在红外灯下烘干备用。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本方法制备的双尺寸SiO₂光子晶体周期性排列完整，其中大颗粒呈六方排列形式，通过调整大小尺寸及质量配比则可调整间隙大小。

(2)生产工艺简单，设备简单，操作简便，制备周期较短，产率较高；双尺寸光子晶体的制备多采用微细加工的方法，或者采用微细加工和自组装结合的方法，这样不仅周期较长，且不可实现大面积的制备，而本专利操作简便，不需要微细加工，超声后垂直沉积组装即可，周期短，可大面积进行制备，产率高，工艺控制稳定。

(3)SiO₂纳米球和亚微米球的制备简单，尺寸可控，且双尺寸光子晶体的制备不存在精细加工工艺，大大降低了制备成本及周期，所得双尺寸光子晶体结构拓宽了光子晶体结构类型及其应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一

一种双尺寸SiO₂光子晶体的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将体积比为1∶1的正硅酸乙酯和质量浓度为25％的氨水分别溶于等体积的无水乙醇中配置成溶液A和溶液B，其中溶液A中正硅酸乙酯的浓度为0.15mol/L，在持续磁力搅拌下将溶液B加入溶液A中，持续搅拌反应22小时后，离心分离，再经水洗和醇洗后于50℃干燥，得到SiO₂纳米或亚微米球；