[發明專利]一種磁場導向下形貌各向異性的橢球狀介孔二氧化硅光子晶體有序薄膜的組裝方法

無效

• 申請號: 201210113505.X
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102628188A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 吳玉昭;沈紹典;朱賢;毛東森;盧冠忠
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: C30B30/04
• 分類號: C30B30/04;C30B29/16
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種磁場導向下形貌各向異性的橢球狀光子晶體有序薄膜的組裝方法。更具體的說是涉及一種磁性橢球狀介孔二氧化硅微納米粒子，在磁場作用下，有序排列成具有一定方向性的光子晶體的組裝方法。

背景技術

光子晶體是具有不同介電常數的介質材料在一維、二維或是三維方向上呈周期性有序排列，從而對特定波長的光的傳播起到選擇性阻礙和調節作用的材料。和半導體一樣，光子晶體也具有光子能帶和光子帶隙結構，即當頻率位于光子帶隙范圍內時，光將不能在光子晶體中傳播。因此光子晶體被稱為光信息時代的“半導體”。因其獨特的光學性能，光子晶體在高性能反射鏡、濾波器、選頻器、光纖、傳感器、微波天線等方面有著廣泛的應用前景

光子晶體的制備方法很多，自組裝法被認為是制備近紅外、光學以及更短波段三維光子晶體的最有效的方法。光子晶體自組裝方法主要有重力自然沉降法、基片提拉法自組裝等。其中重力自然沉降法是通過控制無機膠體顆粒的尺寸、沉降速度等幾個重要的參數，得到一定厚度的光子晶體，其工藝及設備簡單，但是沉降時間長（一般要十幾天或幾個月）、不能很好的控制沉降厚度、得到的晶體缺陷較多并且不能得到大面積的有序結構?；崂ㄊ抢糜嬎銠C控制基片的提升速度，從而得到結構有序的三維光子晶體，制備時間短，但是在提升過程中容易引起附加的振動，導致晶體產生位錯等缺陷。因此，為了在較短的沉降時間內得到大面積的結構有序的光子晶體，近年來科學研究者利用外加磁場進行光子晶體的組裝。

?????????傳統上光子晶體的組裝一般采用球形微納米粒子組裝成高度有序的周期性結構。有序排列的球形微納米粒子在納米化學、納米光學、納米科技等領域有非常重要的作用。而具有形貌各向異性的非球狀微納米粒子，因其各向異性的結構和相應的性質，在光子晶體的組裝領域，正在逐漸代替球形微納米粒子，成為組裝排列的主體。

在非球形微納米粒子中，橢球狀微納米粒子因其布朗運動、晶體結構等膠體行為能夠隨著橢球狀粒子的軸比發生相應的改變，得到了科學工作者的廣泛關注，成為非球狀微納米粒子光子晶體組裝的重要材料。最近宋愷課題組（Ding,?T.,?et?al.,?Fabrication?of?3D?Photonic?Crystals?of?Ellipsoids:?Convective?Self-Assembly?in?Magnetic?Field.?Advanced?Materials,?2009.?21(19):?p.?1936-1940.）通過橢球狀γ-Fe2O3SiO2核殼結構在磁場導向下組裝，也證實了形貌各向異性的橢球狀光子晶體薄膜具有光子禁帶性質及方向可調性。本發明的組裝方法與該文獻公開內容的不同之處在于我們采用橢球狀的磁性介孔二氧化硅微納米粒子（橢球體的長軸和短軸之間的軸比為?1.0-5.0之間可調）為構筑基元，這種介孔構筑基元由于具有多孔的性質而有可能進一步填充其他高折射率材料，從而得到具有完全帶隙的光子晶體薄膜。同時，已有文獻的組裝方法由于采用單塊磁鐵進行組裝，而存在有序組裝面積小，重復性低等技術問題。這是因為單塊磁鐵的磁場不均勻，導致組裝面積太小、有序性差等問題。而該問題正是本發明要解決的技術問題。

本發明人在發表的文章(shaodian?shen?etal.?Chem.?Mater.?2012,24,230)中簡單介紹橢球的組裝方法，即用單塊磁感應強度為0.3特斯拉的磁鐵，在分散液上方一定高度下、某個方向進行放置組裝，來導向組裝橢球狀復合納米粒子，文獻實驗中采用單塊磁鐵，因而組裝過程中磁場不均勻，導致組裝面積太小，僅為0.001-0.1?cm2，且有序性差。

本發明的組裝方法與上述文獻中公開內容的不同之處在于本發明利用兩塊相同磁鐵組成的平行磁場，通過調節磁場強度來增加有序組裝的面積，由于使用兩塊磁鐵組成的平行磁場，在平行磁場中磁力線是均勻的，從而有效地解決了單塊磁鐵因磁場不均勻而導致的有序組裝面積小、有序性差等技術問題，而該問題正是本發明要解決的技術問題。

綜上所述，目前迫切需要一種組裝面積大、工藝簡單的各向異性橢球狀光子晶體有序薄膜的制備方法。

發明內容

本發明的目的之一是為了解決上述的有序組裝面積小、重復性低、有序性差等技術問題而提供一種磁場導向下形貌各向異性的橢球狀介孔二氧化硅光子晶體有序薄膜的組裝方法，該方法具有生產成本低，組裝工藝簡單，所得的橢球狀光子晶體薄膜具有有序組裝面積大、有序性好等優點。

本發明的技術原理