[发明专利]一种基于生物模板制备磁性的光子晶体的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，尤其是涉及一种具有蝴蝶翅膀光子晶体结构的磁光材料的制备方法，具体地说，涉及的是一种在生物模板上，利用二次烧结的方法材料制备磁性光子晶体的方法。

背景技术

在磁场的作用下，物质的电磁特性(如磁导率、磁化强度、磁畴结构等)会发生变化，使光波在其内部的传输特性(如偏振状态、光强、相位、传输方向等)也随之发生变化的现象称为磁光效应。磁光效应包括法拉第效应、克尔效应、塞曼效应、磁致双折射效应以及后来发现的磁圆振二向色性、磁线振二向色性、磁激发光散射、磁场光吸收、磁离子体效应和光磁效应等。

利用克尔磁光效应的磁光存储，利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束的磁光调制器，通过外加磁场的改变来改变磁光晶体对入射偏振光偏振面的作用，从而达到切换光路的效果的磁光开关。磁性光子晶体调控电磁波的特性使其具有广泛的应用前景。

而如何制备磁性光子晶体材料是首要解决的问题。经对现有技术文献的检索发现，一般的方法是，将磁性的物质引入到具有光子晶体结构的材料中，Kodama T等在《physica status solidi(b)》(<凝聚态物理>)于2004年241期，1597页上报道了“Opal photonic crystals impregnated with magnetite”(将四氧化三铁填充到蛋白石光子晶体中)以SiO₂球堆积的具有蛋白石结构的膜为模板，在其表面覆盖一层Fe₃O₄，实现了SiO₂/Fe₃O₄磁光响应材料的制备。Inoue M等在《Journal of Materials Chemistry》(<材料化学杂志>)上于2006年16期，678页上报道了，“Magnetophotonic crystals-a novel magneto-optic material with artificial 

periodic structures”(磁性光子晶体-一种新型的磁光材料具有人工的周期性结构)，采用一层SiO₂一层Bi:YIG溅射的方法制备得到了一维的磁性光子晶体，而同济大学的葛建平课题组，在《Angew.Chem.Int.Ed.》(德国应用化学)于2007年，46期，7428页上报道了“Highly Tunable Superparamagnetic Colloidal Photonic Crystals”(可调控的超顺磁性凝胶光子晶体)，采用水溶液的方法，让四氧化三铁的小球自组装成磁性光子晶体结构，从而在外加的磁场下得到不同结构参数的磁性光子晶体。在这些实验的制备方法中，都采用表面覆盖，或者水溶胶等方法，原因在于磁性的纳米颗粒本身的磁性相互作用力，使其很容易团聚，需要外加的力来平衡这种磁性材料自身的相互作用力。这也是为什么在理论上关于磁性光子晶体的报道已经非常之多，而实验的工作却非常的有限。由于三维磁性光子晶体的制备仍然是一项项具有挑战性的工作，这就极大地限制了磁光器件的理论研究与应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以自然界中的天然光子晶体，蝴蝶翅膀的分级精细结构作为模板，通过浸渍，溶胶凝胶的方法，利用生物化学组分的不同的化学反应性，通过表面的处理和化学改性，先制备具有蝴蝶翅膀光子晶体结构的Fe₂O₃功能材料，进而通过人工控制H₂还原的方法制备得到磁性的光子晶体Fe₃O₄功能材料。本发明创造性的利用了二次烧结技术，合成具有光子晶体结构的磁性材料，这种磁性光子晶体结构极大的提高了对磁-光的响应，因而在磁光通讯器件领域有广泛的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于生物模板制备磁性的光子晶体的方法，包括以下步骤：

第一步：选用具有光子晶体结构的生物材料为模板，对其进行表面预处理；

第二步：配置前躯体金属盐溶胶凝胶溶液，浓度为0.1mol/L～1mol/L，加热搅拌；

第三步：将处理好的生物模板放入配制好的前躯体溶液浸渍处理；

第四步：浸渍结束后，取出样品，用蒸馏水冲洗、干燥，焙烧去掉生物模板，就得到保持生物模板光子晶体结构的三氧化二铁功能材料；