[發(fā)明專利]基于各向異性納米結(jié)構(gòu)的磁可調(diào)諧光子晶體

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010780714.4
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN111899973B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷亞東;M·王
• 申請（專利權(quán)）人: 加州大學(xué)評議會
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;H01F1/00;C01G49/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊思捷

本申請涉及基于各向異性納米結(jié)構(gòu)的磁可調(diào)諧光子晶體。公開了一種形成磁可調(diào)諧光子晶體的方法，其包括：合成一種或更多種具有各向異性形狀的前體納米顆粒；用二氧化硅涂覆該一種或更多種各向異性前體納米顆粒，以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)；通過化學(xué)反應(yīng)將該一種或更多種各向異性前體納米顆粒轉(zhuǎn)化成磁性納米材料；和在溶劑中使各向異性磁性納米顆粒組裝成光子晶體。

本申請是申請?zhí)枮?01680037841.7母案的分案申請。該母案的申請日為2016年4月27日；發(fā)明名稱為“基于各向異性納米結(jié)構(gòu)的磁可調(diào)諧光子晶體”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及形成基于各向異性納米結(jié)構(gòu)的磁可調(diào)諧光子晶體的方法。

背景技術(shù)

已廣泛探索膠體組裝體以通過操縱光與物理周期性結(jié)構(gòu)的相互作用來產(chǎn)生人工結(jié)構(gòu)顏色。在自然例如蛋白石、鳥類羽毛和蝴蝶鱗片中容易發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)顏色是燦爛的彩虹色、金屬質(zhì)感且不受光漂白，不像常規(guī)的顏料或染料那樣。大多數(shù)膠體組裝過程模擬蛋白石的形成并由單分散性膠體球產(chǎn)生密堆積結(jié)構(gòu)。但是，生命系統(tǒng)常涉及各向異性基元(motif)(例如板和棒)的非密堆積有序組裝體，從而展示顯著更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)顏色響應(yīng)，包括強角依賴性和偏振效應(yīng)。因為預(yù)期在膠體組裝體中采用各向異性構(gòu)造單元可能產(chǎn)生光子結(jié)構(gòu)，已作出努力來組織細(xì)長的顆粒例如聚苯乙烯和ZnS，盡管組裝方法相當(dāng)常規(guī)且所得的晶體接近密堆積并且與來自球形顆粒的那些相比不展現(xiàn)獨特的光子響應(yīng)。

各向異性顆粒的重要優(yōu)勢之一是它們常具有形狀依賴性物理和化學(xué)性質(zhì)，其可增加更多的自由度來操縱所得超結(jié)構(gòu)的總體性質(zhì)。這可能是制造場響應(yīng)型膠體光子結(jié)構(gòu)特別感興趣的，其中靜態(tài)或動態(tài)結(jié)構(gòu)變化通常伴隨著光子性質(zhì)的轉(zhuǎn)變。但是，沿著該方向的努力非常有限，主要歸因于高質(zhì)量各向異性構(gòu)造單元的不可獲得性以及組裝和調(diào)諧有效機制的缺乏。

發(fā)明內(nèi)容

公開了形成磁可調(diào)諧光子晶體的方法，其包括：合成一種或更多種具有各向異性形狀的前體納米顆粒；用二氧化硅涂覆該一種或更多種各向異性前體納米顆粒，以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)；通過化學(xué)反應(yīng)將所述一種或更多種各向異性前體納米顆粒轉(zhuǎn)化成磁性納米材料；和在溶劑中使各向異性磁性納米顆粒組裝成光子晶體。

根據(jù)一個示例性實施方案，所述一種或更多種各向異性前體納米顆粒是羥基氧化鐵(FeOOH)納米棒。

附圖說明

圖 1(a)-1(c)顯示(a)典型的FeOOH納米棒的TEM圖像；(b)通過用二氧化硅涂覆這些FeOOH納米棒并隨后在H₂中將它們還原獲得的磁性納米橢球的TEM圖像；和(c) 納米橢球的對應(yīng)的磁滯回線。比例尺：200 nm。

圖2(a)-2(d)顯示(a)納米橢球在磁場下的自發(fā)排列的圖；(b)在具有不同強度的垂直磁場和平行磁場下的光子結(jié)構(gòu)的反射光譜；(c)在相對于光的方向具有不同方向的磁場下的光子結(jié)構(gòu)的反射光譜；和(d)顯示在非理想線性海爾貝克陣列下的包封在扁平玻璃管中的納米橢球的光子響應(yīng)的數(shù)碼照片。比例尺：5 mm。

圖3(a)-3(c)顯示(a)在不存在磁場的情況下，不同體積分?jǐn)?shù)下的納米橢球的膠體分散體的反射光譜；(b)具有體積分?jǐn)?shù)梯度的玻璃毛細(xì)管中的納米橢球的分散體的數(shù)碼圖像；和(c)在存在或不存在磁場的情況下，光子結(jié)構(gòu)的反射波長對于納米橢球的體積分?jǐn)?shù)的依賴性。

圖4(a)-4(e)顯示(a)典型的FeOOH納米棒的TEM圖像；(b)通過用二氧化硅涂覆這些FeOOH納米棒并隨后在H₂中將它們還原獲得的磁性納米橢球的TEM圖像；比例尺：200 nm；(c)在具有不同強度的垂直磁場和平行磁場下的光子結(jié)構(gòu)的反射光譜；(d)在相對于光的方向具有不同方向的磁場下的光子結(jié)構(gòu)的反射光譜；和(e)顯示在非理想線性海爾貝克陣列下的包封在扁平玻璃管中的納米橢球的光子響應(yīng)的數(shù)碼照片。(比例尺：5 mm)。

具體實施方式