[發明專利]一種利用鋰化法調節三維光子晶體帶隙的方法

有效

• 申請號: 201610280254.2
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105908229B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 趙九蓬;曲慧穎;李垚;劉旭松;遲彩霞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25D5/02
• 分類號: C25D5/02;C25D3/54;C30B29/08;C30B30/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種調節三維光子晶體帶隙的方法。

背景技術

光子晶體這一概念最早是由Yablonovitch和John提出的，其是由不同折射率的介質周期性排列而成的人工微結構，具有光子能隙。當光的頻率位于光子帶隙范圍內時，光將被禁止傳播。由于光子帶隙的存在，光子晶體具有許多嶄新的物理性質，成為當今世界的一個研究熱點。

影響光子帶隙的因素有兩種：介質材料的介電常數比或折射率比和光子晶體的結構。因此，改變光子帶隙一般也從這兩方面考慮：一是改變折射率進行調制，二是改變光子晶體周期結構進行調制。因為改變光子晶體周期結構需要借助復雜的設備并且操作繁瑣，所以本發明選擇通過改變光子晶體折射率來改變其帶隙。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有調節三維光子晶體帶隙的方法的調節范圍較窄、精度低的問題，而提供一種利用鋰化法調節三維光子晶體帶隙的方法。

本發明利用鋰化法調節三維光子晶體帶隙的方法按下列步驟實現：

一、將銅箔放入鹽酸溶液中浸泡，再依次用丙酮、甲醇和超純水超聲清洗5～20min，得到清洗后的銅箔，然后以水為溶劑，配置體積分數為0.1％～0.3％的PS微球乳液，將清洗后的銅箔垂直放入PS微球乳液中，在50～70℃下恒溫培養48～120h，得到生長有PS膠體模板的銅箔；

二、將離子液體(EMIM)TF₂N(1-甲基-3-乙基咪唑雙三氟磺酸胺鹽溶劑)放入手套箱中進行二次蒸餾，在H₂O和O₂含量均小于1ppm的條件下，將GeCl₄加入(EMIM)TF₂N中，溶解搖勻后靜置12～24h，得到摩爾濃度為0.01～1mol/L的電解液；

三、使用三電極的電解池，以鉑環為對電極，銀絲為參比電極，步驟一所述的生長有PS膠體模板的銅箔為工作電極，在步驟二得到的電解液中采用恒電勢法，控制沉積電壓為-1.5～-2V進行電沉積鍺，然后取出工作電極，清洗，干燥后得到三維有序大孔鍺(3DOM Ge)薄膜(鍺光子晶體)；

四、將步驟三得到的三維有序大孔鍺薄膜作為工作電極，鋰帶作為參比電極和對電極，以LiPF₆、EC(碳酸乙烯酯)、DEC(碳酸二乙酯)的混合液為電解液，在三電極體系中進行嵌鋰和脫鋰過程，從而調節三維光子晶體帶隙。

本發明調節三維光子晶體光子帶隙的原理是通過控制電壓的方向，使具有三維光子晶體結構的鍺薄膜相應地發生嵌鋰及脫鋰過程。鍺在脫嵌鋰過程中能夠和電解液中的鋰離子形成Li_4.4Ge合金，使得鍺材料發生很大的體積變化。因此，隨著鋰離子的嵌入和脫出，鍺光子晶體體積膨脹，結構發生變化(孔徑變小，孔壁變厚)，導致三維光子晶體的折射率發生變化，從而實現對三維光子晶體光子帶隙的調節。并且由于Ge體積膨脹可達370％，理論嵌鋰比容量較大(1600mAh g-1)，因此該調節三維光子晶體光子帶隙的方法調節范圍非常大。本發明的有益效果在于實現了對三維光子晶體帶隙的調節，操作方法安全、簡單，調節范圍大、精度高，可連續調節。

附圖說明

圖1是實施例一得到的三維有序大孔鍺(3DOM Ge)薄膜在鋰化前的掃描電鏡圖；

圖2是實施例一得到的三維有序大孔鍺(3DOM Ge)薄膜在鋰化后的掃描電鏡圖；

圖3是三維有序大孔鍺(3DOM Ge)薄膜在鋰化前(a)及鋰化后(b)的反射光譜圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式利用鋰化法調節三維光子晶體帶隙的方法按下列步驟實施：

一、將銅箔放入鹽酸溶液中浸泡，再依次用丙酮、甲醇和超純水超聲清洗5～20min，得到清洗后的銅箔，然后以水為溶劑，配置體積分數為0.1％～0.3％的PS微球乳液，將清洗后的銅箔垂直放入PS微球乳液中，在50～70℃下恒溫培養48～120h，得到生長有PS膠體模板的銅箔；

二、將離子液體(EMIM)TF₂N(1-甲基-3-乙基咪唑雙三氟磺酸胺鹽溶劑)放入手套箱中進行二次蒸餾，在H₂O和O₂含量均小于1ppm的條件下，將GeCl₄加入(EMIM)TF₂N中，溶解搖勻后靜置12～24h，得到摩爾濃度為0.01～1mol/L的電解液；