[發明專利]基于蝴蝶翅膀單個鱗片生物模板制備磁性光子晶體的方法

有效

• 申請號: 201210244121.1
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102838173B
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 朱申敏;彭文紅;張荻;陳羽;顧佳俊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;B22F9/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明屬于材料科學領域，尤其是涉及一種基于蝴蝶翅膀單個鱗片生物模板 制備磁性光子晶體的方法，具體地說，涉及的是一種在單個蝴蝶鱗片上，利用二次 燒結的方法材料制備單鱗片磁性光子晶體的方法。

背景技術

光子晶體的概念自提出之后，就引起了人們的廣泛關注，由于其可以對光進行 調控的特殊性能，使得它在通訊，光學傳輸，納米器件方面有著潛在的應用的前景。

制備能夠在可見光范圍內對光進行調控的光子晶體，在目前的實驗技術條件下 仍然是一件非常昂貴并且具有挑戰性的工作。它的困難在于制備周期性的，幾十個 納米到微米尺寸的結構。而這種結構在自然界中廣泛的存在，如蝴蝶，昆蟲的翅膀， 孔雀的羽毛等等。經對現有技術文獻的檢索發現，人們利用原始的蝴蝶來制備各種 具有周期性結構的光子晶體功能材料。G.Cook，等在《Angewandte?Chemie? International?Edition》(德國應用物理化學)于2003年5期，557頁報道了“Exact? Replication?of?Biological?Structures?by?Chemical?Vapor?Deposition?of?Silica”(利用化 學氣相沉積法精確制備具有生物結構的二氧化硅)，以整片的蝴蝶為模板，利用化 學氣相沉積的方法，制備光子晶體氧化硅功能材料。Jingyun?Huang等在《Nano? Letters》(納米快報)與2006年6期，2335頁報道了(Controlled?Replication?of?Butterfly? Wings?forAchieving?Tunable?Photonic?Properties)(以蝴蝶翅膀為模板制備得到的光 子晶體進行光學調控)以絢麗的大藍閃蝶為模板，利用原子沉積的方法在蝴蝶的表 面沉積一層氧化鋁材料，再通過高溫燒結去掉蝴蝶的原始模板而等到氧化鋁的蝴蝶 復制品。實現對光在可見光范圍內的調控。Wenhong?Peng等在<Advanced? Functional?Materials>(先進功能材料)于2012年10期，2072頁上報道了“3D Network?Magnetophotonic?Crystals?Fabricated?on?Morpho?Butterfy?Wing?Templates” (以大藍閃蝶為模板制備三維網狀磁性光子晶體)以整片的大藍閃蝶蝴蝶為模板， 通過溶膠凝膠的方法，制備磁性光子晶體。在這些利用生物模板制備光子晶體的方 法中，都采用了整只的蝴蝶為模板進行復制。從文獻的報道Shinya?Yoshioka等在 Proceedings?of?The?Royal?Society?Biological?sciences(皇家協會的生物科學)于2006 年273期，129頁報道了“Structural?or?pigmentary？Origin?ofthe?distinctive?white? stripe?on?the?blue?wing?ofa?Morpho?butterfly”(結構色還是色素色，原始大藍閃蝶獨 特的白色條紋)系統的研究了蝴蝶的不同部位的鱗片的顯微結構。蝴蝶翅膀是一個 非常復雜的光學系統，它的內部是有成百萬的鱗片單元組成。以整只蝴蝶制備得到 的功能材料限制了對其光學性能規律的深入研究和掌握。而制備單個的鱗片的功能 材料是一項精細的具有挑戰性的工作，這就極大的限制了光納米器件的研究與應 用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于蝴蝶翅 膀單個鱗片生物模板制備磁性光子晶體的方法，利用了二次燒結與顯微鏡下提取單 鱗片技術，合成具有光子晶體結構的微米級的單鱗片磁性材料，這種磁性光子晶體 結構極大的提高了對磁-光的響應，因而在磁光通訊器件領域有廣泛的應用前景。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

以自然界中的天然光子晶體，蝴蝶翅膀單個鱗片的分級精細結構作為模板，通 過浸漬，溶膠凝膠的方法，利用生物化學組分的不同的化學反應性，通過表面的處 理和化學改性，顯微鏡下選取單個鱗片得技術方法，先制備具有蝴蝶翅膀光子晶體 結構的單鱗片Fe₂O₃功能材料，進而通過人工控制H₂還原的方法制備得到磁性的 光子晶體單鱗片Fe₃O₄功能材料。

基于蝴蝶翅膀單個鱗片生物模板制備磁性光子晶體的方法，包括以下步驟：