膠體光子晶體的磁組裝與磁回響性能研究

《膠體光子晶體的磁組裝與磁回響性能研究》是依託同濟大學，由葛建平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：膠體光子晶體的磁組裝與磁回響性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：葛建平
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

膠體光子晶體能有效調製與光子禁帶匹配的光學信號，是當前化學與材料領域的研究熱點之一。其中，單分散膠體粒子自下而上的自組裝過程是決定膠體晶結構與性能的關鍵因素，也是此類材料能否廣泛套用的前提和基礎。傳統沉積組裝方法在結構基元選擇、組裝效率、缺陷控制、大面積製備等方面仍有待改進。本申請擬採用磁性膠體粒子及磁場輔助的組裝方式來構建新的膠體晶體系。這種磁性一維膠體晶體系具有折射係數高、組裝迅速、晶體結構受外磁場調控、對磁場回響靈敏等特點。本研究工作將探索膠粒磁組裝的機制，揭示外磁場、晶體微觀結構與光學性質之間的內在聯繫；同時提供一條有效的膠體晶組裝途徑，促進膠體光子晶體在感測器、彩色顯示單元等領域的套用，因而具有重要的科學意義和社會經濟價值。

結題摘要

對外界作用能做出回響的膠體光子晶體材料是當前化學與材料科學領域研究的熱點。圍繞一種特定的組裝方法，設計與之匹配的結構基元，並研究組裝過程的本質和規律，發展功能導向的新材料，進而形成一套完整的膠體自組裝體系，是膠體晶化學研究的主要方向。近年來，磁組裝因組裝迅速、過程可逆、對外場回響靈敏等特點，受到相關研究人員的關注和重視。本項目首先研究了“基於磁性結構基元的磁控膠體晶”。在外磁場作用下，溶液中的磁性膠體在磁吸引與靜電排斥的相互作用下，形成動態的一維有序的鏈狀結構。當磁組裝在單體中進行時，有序結構可通過光聚合固定下來，形成膠體晶聚合物複合材料。在此基礎上，我們開發了肉眼可辨識的基於結構色變化的濕度感測薄膜，在乾燥時隱匿而浸潤時顯現的隱形光子晶體印刷物，以及基於光子晶體取向差異形成圖案的新型磁控印刷術。受到磁空穴理論的啟發，我們還研究了“基於非磁結構基元的磁控膠體晶”。在外磁場作用下，磁流體中的非磁膠體能夠展現出與非磁環境下磁性膠體相似的磁相互作用，進而形成動態有序結構。選用非磁結構基元將突破磁組裝局限於磁顆粒的瓶頸，有效拓寬了磁組裝技術的套用範圍。利用這一新的磁組裝體系，我們發展了基於非磁結構基元的磁控變色溶液，並開發若干電磁場控制的光學器件。在項目研究過程中，我們還發現了溶劑包裹的介穩態膠體晶，並初步探索了它對外界擾動的超靈敏回響。上述研究不僅能提高膠體晶組裝效率和質量，拓寬現有的膠體組裝體系，對於開發基於膠體晶的新材料也具有重要的參考價值，將有力推動膠體晶化學的深入發展。