[发明专利]一种椭球型光子晶体的自组装制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体制备技术领域，具体是涉及一种椭球型光子晶体的自组装制备方法。

 

背景技术

随着科学技术的发展，光子晶体因其光增效、光调制，光波导和光放大等优异性能，在光学领域的应用越来越广泛。例如，对于有毒物或者污染物的检测，通过光子晶体结构对其光学检测信号进行放大，便能检测出含量更低的待测物，从而提高光学信号检测的应用性，而这一性能主要取决于光子晶体的光子带隙特征，制备出具有完全光子带隙的光子晶体将能提高其性能。

目前理论上提出构筑的椭球型光子晶体可能具有完全光子带隙。这类光子晶体的制备方法很少，其中机械拉伸法和高能量离子照射法均为胶体构筑区变形法，对聚苯乙烯光子晶体进行原位机械拉伸或通过高能量的离子束对二氧化硅光子晶体进行辐照，最终形成椭球型光子晶体，但这两种方法制备出的光子晶体，在制备过程中容易引起膜不一致的变形而破坏其周期性，所以其有序程度下降。

中科院化学所的宋凯研究小组采用吹胀薄膜挤塑法制备出结构比较均匀的椭球型胶体晶体。他们先采用单分散PS微球构筑形成三维有序的胶体晶体，然后将其放置于布氏漏斗敞开的一面，并向漏斗中加入一定量浓度的聚乙烯醇，在室温下凝固形成PS/PVA复合膜。将漏斗下端与增压水泵相连，将膜完全浸在120℃的硅油浴中，用泵在最初平面膜上吹出一个气泡，这个气泡中的空气导致一个均匀二维张力控制球变形，便形成椭球型光子晶体，该方法利用了PS微球易变形的特征，但是该方法的影响因素比较多，操作难以控制。

随后，宋凯研究小组制备出了单分散性较好的磁性γ-Fe₂O₃/SiO₂椭球型胶体颗粒，利用外加磁场控制椭球型颗粒的轴向取向，通过垂直沉积自组装法组装得到椭球基元三维光子晶体，且有序性较高。该方法突破了组装过程中椭球粒子无规则取向的不足，通过磁场控制得以解决，但是垂直沉积自组装方法的周期较长，一般需要3~4天甚至一周的时间，且制备单位产物所需要的磁性γ-Fe₂O₃/SiO₂椭球型胶体颗粒的量较大，这导致了极大地增加了制备成本。于是，本发明提出一种新的组装方法来提高生产效率，降低成本。

本发明依然使用单分散性较好的磁性γ-Fe₂O₃/SiO₂椭球型胶体颗粒为构筑基元，采用磁场诱导气-液界面组装法来制备椭球型光子晶体，本发明的自组装方法组装时间短至1~2小时，溶剂挥发结束即可完成自组装过程，同时制备单位产物相对于现有技术中的制备方法所需要的样品量为1/10-1/20，同时本发明的设备简单，极大地提高生产效率并且降低了生产成本。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术中的椭球型光子晶体的制备方法中存在组装周期长，样品消耗量大，成本高的缺陷；本发明为了解决上述技术问题，提供了一种椭球型光子晶体的自组装制备方法。

一种椭球型光子晶体的自组装制备方法，具体是按以下步骤完成的：

（1）将基板分别用丙酮、甲醇和超纯水进行超声清洗15-20min，然后再用V_浓硫酸：V_双氧水=2:1的食人鱼洗液浸泡20-30min，最后放入40℃烘箱中烘干；

（2）将两块磁铁垂直固定在一个没有磁性的平台中，然后将基板放在两块磁铁的中间保证基板与磁铁垂直；

（3）制备磁性γ-Fe₂O₃/SiO₂椭球型胶体颗粒，所述的胶体颗粒宽度为200-500nm，长宽比为1-1.8，标准偏差≦10%；

（4）将制备好的磁性γ-Fe₂O₃/SiO₂椭球型胶体颗粒分散于乙醇溶剂中，配制成胶体颗粒溶液，其浓度为0.04-0.08g/ml；

（5）取50-100μL胶体颗粒溶液，垂直滴加在置于两块磁铁中间的基板的表面，待乙醇溶剂全部挥发，组装结束。

优选的，所述的基板为玻璃基板，尺寸为35 mm×10 mm×1mm。

优选的，所述的磁铁为钕铁硼磁铁，尺寸为50 mm×50 mm×10mm。