[发明专利]一种无裂纹光子晶体制备方法

说明书

本发明公开了一种无裂纹光子晶体制备方法，所述制备方法是通过高分子聚合物溶液或熔体填充含裂纹的光子晶体模板，然后在一定温度下挥发溶剂、干燥或冷却固化实现的；在此过程中，光子晶体胶体球发生解组装与再组装。光子晶体模板制备方法包括垂直沉降法、刮涂法、旋涂法、喷涂法、滴涂法、界面自组装等，所填充的聚合物包括淀粉、壳聚糖、纤维素、聚乳酸、聚丙烯酸、丝蛋白及其衍生物等。本发明制备的无裂纹光子晶体具有良好的光子带隙，并且具有自支撑性，在高性能光电器件、催化、炫彩包装等方面具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种光子晶体的制备方法，特别是一种无裂纹光子晶体制备方法，属于光子晶体材料制备技术领域。

背景技术

光子晶体因其光学调控性能在智能检测、光电器件、高效催化等领域具有广阔的前景。胶体颗粒自组装提供了一种简单、低成本制备光子晶体的方法，然而在光子晶体组装过程中存在难以避免的裂纹和位错产生等问题，因此大面积有序、可控光子晶体的制备仍然是目前研究的瓶颈。目前防止裂纹形成主要从界面约束力和光子晶体薄膜自身产生的收缩力出发，解决方法主要包括两类。第一类原则是削弱胶体PhCs与基体之间的相互作用即削弱或消除基底的约束力，如具有栅格表面的图案化衬底、超疏低粘基底以及具有可释放应力的柔性基底等(Z.Y Cai,J.H.Teng,D.Y.Xia,X.S.Zhao,Self-assembly of crack-free silica colloidal crystals on patterned silicon substrates,J.Phys.Chem.C,2011,115,9970-9976；Y.Huang,J.M.Zhou,B.Su,L.Shi,J.X.Wang,S.R.Chen,L.B.Wang,J.Zi,Y.L.Song,L.Jiang,Colloidal photonic crystals with narrow stopbandsassembled from low-adhesive superhydrophobic substrates,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,17053-17058；J.M.Zhou,J.X.Wang,Y.Huang,G.M.Liu,L.B.,Wang,S.R.Chen,X.H.Li,D.J.Wang,Y.L.Song,L.Jiang,Large-area crack-free single-crystal photoniccrystals via combined effects of polymerization-assisted assembly andflexible substrate,NPG Asia Materials,2012,4,e21)；第二类是优化组装体系即增加胶体球之间相互作用从而增强对破坏的容忍度，如胶体球表面基团化修饰、组装过程中加入反应性前驱体或大分子、调控胶体球分散介质等(B.J.Kim,K.S.Kang,Fabrication ofacrack-free large area photonic crystal with colloidal silica spheres modifiedwith vinyltriethoxysilane,Cryst.Growth Des.,2012,12,4039-4042；B.Hatton,L.Mishchenko,S.Davis,K.H.Sandhage,J.Aizenberg,Assembly of large-area,highlyordered,crack-free inverse opal films,PNAS,2010,107,10354-10359；J.Zhang,Z.J.Zhu,Z.Y.Yu,L.T.Ling,C.F.Wang,S.Chen,Large-scale colloidal films withrobust structural colors,Mater.Horiz.,2019,6,90-96)。上述调控方法中组装耗时长、胶体球或模板需要特殊设计、调控复杂、光子晶体薄膜的稳定性和机械性能差等问题仍然需要解决。另外，这些方法很难解决组装过程中体系的不稳定性(温度、湿度、介质组分变化等)导致的缺陷如胶体空缺、堆积错位等问题。因此，开发一种简单、快速、低成本、不受基底性能影响、适用于制备稳定性好、高机械性能无裂纹高度有序光子晶体的通用制备方法及应用至关重要。

发明内容