外場作用下光子帶隙可調的光子晶體的組裝及性能研究

《外場作用下光子帶隙可調的光子晶體的組裝及性能研究》是依託煙臺大學，由姜付義擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：外場作用下光子帶隙可調的光子晶體的組裝及性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜付義
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

光子晶體是一種能夠控制光的傳播和發射的周期性介電結構，對未來信息技術的發展具有重要意義。本課題將製備單分散、尺寸均一的超順磁性納米氧化鐵，在其表面包覆二氧化矽後，製備單核的、具有核-殼結構的膠體粒子。通過外加磁場對超順磁性核的作用，以及外加電場對具有較高電荷密度殼的作用，在有機鹼的觸發下，使分散在介質中的膠體粒子形成有序的三維陣列，結晶成為軟膠體晶體。通過改變外加磁場、電場的方向和強度，對膠體晶體的結構進行調製，製備出光子帶隙可調的光子晶體。用光聚合的方法，將所製備的軟膠體晶體凝膠化，獲得固態的膠體晶體，並對其結構和光學性質進行研究。

結題摘要

本課題按照項目計畫書的研究內容和研究目標，開展了大量的研究工作，基本完成了項目計畫書的研究目標。我們分別採用微波加熱分解油酸鐵、回流加熱分解油酸鐵、回流加熱分解五羰基鐵等多種方法製備了多種尺寸的納米氧化鐵，研究了各種製備條件對產物的形貌和性能的影響，並對納米氧化鐵的形成機理進行了探討。為了獲得合適尺寸的超順磁性納米顆粒用於組裝膠體晶體，我們採用了在納米氧化鐵表面包覆SiO2的方法。我們選取回流加熱分解油酸鐵所製備的納米氧化鐵，進行了表面包覆SiO2的研究。分別採用Stöber方法和反相微乳液方法進行了實驗，研究了製備條件對包覆效果及包覆層厚度的影響。我們用反相微乳液的方法製備了單核的核-殼結構的膠體粒子，用Igepal CO-520 和Igepal CO-720兩種非離子型表面活性劑作為乳化劑，詳細研究了表面活性劑的種類、用量、助表面活性劑的用量、氨水的用量等因素對所製備的核-殼結構膠體粒子的尺寸和均勻性的影響。採用正丁醇作為助表面活性劑，我們在65-185納米範圍內，實現了對膠體粒子的尺寸的控制。將所製備的尺寸為100納米左右的膠體粒子用乙醇和去離子水各洗滌三次後，分散在去離子水中，形成了穩定的膠體分散體系。在膠體中加入離子交換樹脂Amberlite MB-20進行處理，降低分散介質的離子強度，使得表面包覆二氧化矽的膠體粒子表面淨電荷進一步提高。由於表面包覆二氧化矽的膠體粒子表面均攜帶負電荷，在膠體粒子之間強的靜電排斥力的作用下，膠體粒子在介質中形成了有序的陣列，當這個陣列的結構周期與可見光的波長相近的時候，對可見光產生強的衍射，我們獲得了具有可見光範圍光子帶隙的光子晶體。我們還嘗試了在石英玻璃襯底上膠體粒子的組裝，結果發現，在沒有外加磁場作用的條件下，膠體粒子的堆積結構主要是六方密堆積。在外加磁場作用下，膠體粒子沿著磁場方向形成了有序的一維結構。我們還對納米氧化鐵和核-殼結構的膠體粒子的磁學性能進行了研究。