一种无裂纹光子晶体制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无裂纹光子晶体制备方法，所述制备方法是通过高分子聚合物溶液或熔体填充含裂纹的光子晶体模板，然后在一定温度下挥发溶剂、干燥或冷却固化实现的；在此过程中，光子晶体胶体球发生解组装与再组装。光子晶体模板制备方法包括垂直沉降法、刮涂法、旋涂法、喷涂法、滴涂法、界面自组装等，所填充的聚合物包括淀粉、壳聚糖、纤维素、聚乳酸、聚丙烯酸、丝蛋白及其衍生物等。本发明专利技术制备的无裂纹光子晶体具有良好的光子带隙，并且具有自支撑性，在高性能光电器件、催化、炫彩包装等方面具有重要的应用前景。具有重要的应用前景。具有重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种无裂纹光子晶体制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光子晶体的制备方法，特别是一种无裂纹光子晶体制备方法，属于光子晶体材料制备


技术介绍

[0002]光子晶体因其光学调控性能在智能检测、光电器件、高效催化等领域具有广阔的前景。胶体颗粒自组装提供了一种简单、低成本制备光子晶体的方法，然而在光子晶体组装过程中存在难以避免的裂纹和位错产生等问题，因此大面积有序、可控光子晶体的制备仍然是目前研究的瓶颈。目前防止裂纹形成主要从界面约束力和光子晶体薄膜自身产生的收缩力出发，解决方法主要包括两类。第一类原则是削弱胶体PhCs与基体之间的相互作用即削弱或消除基底的约束力，如具有栅格表面的图案化衬底、超疏低粘基底以及具有可释放应力的柔性基底等(Z.Y Cai,J.H.Teng,D.Y.Xia,X.S.Zhao,Self
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assembly of crack
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free silica colloidal crystals on patterned silicon substrates,J.Phys.Chem.C,2011,115,9970
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9976；Y.Huang,J.M.Zhou,B.Su,L.Shi,J.X.Wang,S.R.Chen,L.B.Wang,J.Zi,Y.L.Song,L.Jiang,Colloidal photonic crystals with narrow stopbands assembled from low
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adhesive superhydrophobic substrates,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,17053
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17058；J.M.Zhou,J.X.Wang,Y.Huang,G.M.Liu,L.B.,Wang,S.R.Chen,X.H.Li,D.J.Wang,Y.L.Song,L.Jiang,Large
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area crack
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free single
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crystal photonic crystals via combined effects of polymerization
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assisted assembly and flexible substrate,NPG Asia Materials,2012,4,e21)；第二类是优化组装体系即增加胶体球之间相互作用从而增强对破坏的容忍度，如胶体球表面基团化修饰、组装过程中加入反应性前驱体或大分子、调控胶体球分散介质等(B.J.Kim,K.S.Kang,Fabrication ofa crack
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free large area photonic crystal with colloidal silica spheres modified with vinyltriethoxysilane,Cryst.Growth Des.,2012,12,4039
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4042；B.Hatton,L.Mishchenko,S.Davis,K.H.Sandhage,J.Aizenberg,Assembly of large
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area,highly ordered,crack
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free inverse opal films,PNAS,2010,107,10354
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10359；J.Zhang,Z.J.Zhu,Z.Y.Yu,L.T.Ling,C.F.Wang,S.Chen,Large
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scale colloidal films with robust structural colors,Mater.Horiz.,2019,6,90
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96)。上述调控方法中组装耗时长、胶体球或模板需要特殊设计、调控复杂、光子晶体薄膜的稳定性和机械性能差等问题仍然需要解决。另外，这些方法很难解决组装过程中体系的不稳定性(温度、湿度、介质组分变化等)导致的缺陷如胶体空缺、堆积错位等问题。因此，开发一种简单、快速、低成本、不受基底性能影响、适用于制备稳定性好、高机械性能无裂纹高度有序光子晶体的通用制备方法及应用至关重要。

技术实现思路

[0003]针对以上现有的无裂纹光子晶体制备方法的存在的问题，本专利技术一方面提供了一
种无裂纹光子晶体制备方法；另一方面提供了利用该方法实现大面积光子晶体制备的途径。
[0004]专利技术人经过长期的研究，令人意外地发现了制备无裂纹光子晶体的方法，并实现了无裂纹光子晶体的大面积制备。利用该方法制备无裂纹光子晶体工艺简单、易实施，可以实现全彩光子晶体的制备。
[0005]本专利技术的目的是提供一种无裂纹光子晶体制备方法。利用高分子聚合物溶液或熔体填充光子晶体模板，消除光子晶体模板的裂纹。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的。
[0007]一种无裂纹光子晶体制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)通过自组装制备得到带有裂纹的光子晶体作为光子晶体模板；
[0009](2)将高分子聚合物溶液或/和高分子聚合物熔体填充到所述光子晶体模板的空隙中，挥发溶剂、干燥或冷却固化得到无裂纹光子晶体。
[0010]进一步地，步骤(1)中，光子晶体模板采用界面自组装方法制备。
[0011]更进一步地，所述制备方法包括但不限于垂直沉降法、刮涂法、辊涂法、旋涂法、喷涂法、滴涂法和捞膜法中的一种或几种。
[0012]进一步地，对所述的光子晶体模板进行亲水化处理。
[0013]进一步地，步骤(1)中，采用微米/纳米颗粒制备光子晶体模板。
[0014]本专利技术中，微米/纳米颗粒指的是微米尺寸颗粒或者是纳米尺寸颗粒。
[0015]进一步地，制备光子晶体模板所用微米/纳米颗粒包括有机微米/纳米颗粒、无机微米/纳米颗粒和有机/无机杂化微米/纳米颗粒中的一种或多种。
[0016]更进一步地，所述有机微米/纳米颗粒由有机物制备。优选地，所述有机微米/纳米颗粒包括但不限于聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚多巴胺和PS@PMMA等微米/纳米颗粒中的一种或多种。
[0017]更进一步地，所述无机微米/纳米颗粒由无机物制备。优选地，所述无机微米/纳米颗粒包括但不限于二氧化硅(SiO2)、四氧化三铁(Fe3O4)、硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、氧化亚铜(Cu2O)、硫化镉(CdS)、ZnS@SiO2、TiO2@SiO2和SiO2@TiO2等微米/纳米颗粒中的一种或多种。
[0018]更进一步地，所述有机/无机杂化微米/纳米颗粒包括但不限于PS@Fe3O4、PS@TiO2、PS@SiO2、PS@SnO2和ZnS@PS等复合微米/纳米颗粒中的一种或多种。
[0019]进一步地，制备光子晶体模板所用纳米颗粒的粒径范围为0.01
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无裂纹光子晶体制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过自组装制备得到带有裂纹的光子晶体作为光子晶体模板；(2)将高分子聚合物溶液或/和高分子聚合物熔体填充到所述光子晶体模板的空隙中，挥发溶剂、干燥或冷却固化得到无裂纹光子晶体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的光子晶体模板采用界面自组装制备；优选地，所述制备方法包括垂直沉降法、刮涂法、旋涂法、辊涂法、喷涂法、滴涂法和捞膜法中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的制备方法包括在步骤(2)之前，对所述的光子晶体模板进行亲水化处理。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，采用微米/纳米颗粒制备光子晶体模板，所述微米/纳米颗粒指的是微米尺寸颗粒或者是纳米尺寸颗粒；优选地，所述微米/纳米颗粒为有机微米/纳米颗粒、无机微米/纳米颗粒和有机/无机复合微米/纳米颗粒中的一种或多种；优选地，所述有机微米/纳米颗粒由有机物制备；更优选地，所述有机微米/纳米颗粒包括碳微米/纳米颗粒、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚多巴胺和PS@PMMA微米/纳米颗粒中的一种或多种；优选地，所述无机微米/纳米颗粒由无机物制备；更优选地，所述无机微米/纳米颗粒包括二氧化硅(SiO2)、四氧化三铁(Fe3O4)、硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、氧化亚铜(Cu2O)、硫化镉(CdS)、ZnS@SiO2、TiO2@SiO2和SiO2@TiO2微米/纳米颗粒中的一种或多种；更优选地，所述有机/无机杂化微米/纳米颗粒包括Fe3O4@PS、PS@TiO2、PS@SiO2和PS@SnO2复合微米/纳米颗粒中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微米/纳米颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：程群峰，杨田田，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：