CN103103601A - 在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法 - Google Patents
在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103103601A CN103103601A CN2011103554621A CN201110355462A CN103103601A CN 103103601 A CN103103601 A CN 103103601A CN 2011103554621 A CN2011103554621 A CN 2011103554621A CN 201110355462 A CN201110355462 A CN 201110355462A CN 103103601 A CN103103601 A CN 103103601A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- super
- self
- hydrophobic
- photonic crystal
- flawless
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明涉及在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法。本发明采用将单分散微球分散在水中形成乳液，将乳液置于超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面，依靠乳液中单分散微球自身的重力作用进行沉积，便可以在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面上制备得到由上述单分散微球自组装形成的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体。将制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体作为牺牲模板，在构成所述牺牲模板的单分散微球之间的空隙中填充功能性物质之后，再进一步除去所述的牺牲模板，就能够制备得到高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体。本发明的制备方法简单，并且成本低廉、环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及高质量无裂纹光子晶体的制备方法，特别涉及在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体，及制备高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体的方法。
背景技术
“光子晶体”这一概念首次被提出是在1987年，这种折光指数周期性排列的材料对光子具有特殊的调控能力，这一点使其在光学器件、全色显示、生化检测等领域具有广泛而深远的应用前景。早期光子晶体的制备多采用微加工的方法，这种方法较为复杂，且成本较高。并且近年来，由于微加工方法本身的技术瓶颈，这一传统的制备光子晶体的方法越来越难以满足光子晶体在可见光区以及更短波长范围内的应用。这时，通过胶体小球自组装制备得到光子晶体的方法，由于其操作方法简便，成本价格低廉，引起了研究人员的广泛而浓厚的研究兴趣。然而，通过胶体粒子自组装制备光子晶体的过程中，乳胶粒子会由于干燥收缩以及粒子间的相互作用而在基材表面发生移动，但基材与乳胶粒子间的黏滞力又阻止了乳胶粒子的移动，因此会在光子晶体的内部产生应力，并最终导致产生裂纹。这种裂纹的产生严重破坏了光子晶体的周期性结构，破坏了光子晶体的光学特性，极大地限制了其在各领域的实际应用。研究者们为解决这一问题已经开展了一系列的工作。例如：采用特殊模板辅助自组装过程(C.J.Jin，N.P.Johnson，Nano Lett.2005，5，2646-2650)、在自组装之前将乳胶粒子通过高温进行预收缩(D.J.Norris，Appl.Phys.Lett.2004，84，3573-3575)以及避免干燥过程(T.Sawada，Adv.Funct.Mater.2005，25；T.Sawada，Langmuir 2009，13315)等方法从防止乳胶粒收缩的角度，避免裂纹的产生；或者，采用在液体表面进行自组装(Zentel R.，Chem.Mater.2002，14，4023-4025)以及通过特殊物质诱导光子晶体从高堆积密度镜面向低堆积密度晶面转变(B.Hatton，L. Mishchenko，S.Davis，K.H.Sandhage，J.Aizenberg，PNAS，2010，107，23，10355)使乳胶粒子各向同性收缩，不在基材上发生移动，由此避免了光子晶体在自组装过程中产生裂纹的问题。然而，上述这些避免光子晶体裂纹的方法中，或多或少地存在以下几个缺点：1.成本相对较高，制备过程繁琐；2.对环境有污染，存在安全隐患；3.在低堆积密度晶面上虽然避免了裂纹，却没有解决高堆积晶面上裂纹的问题；4.都仅适用于某些特定的乳胶粒子，不具有普适性。为了进一步推动光子晶体的实际应用，简单、经济、环保、安全的普适性制备方法一直以来都是科研工作者不懈努力的研究方向。中科院化学所的宋延林研究组将单分散乳胶粒通过重力沉积方法，在采用特殊方法制备得到的物体超疏水表面上进行自组装，制备得到了大面积自支撑无裂纹的光子晶体。本发明在该工作的基础上，简化甚至省去了制备物体超疏水表面的步骤，将乳胶粒子通过重力沉积方法组装在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面上，制备得到了大面积、高质量、自支撑、无裂纹的光子晶体，本发明操作简单、成本低廉、环境友好，并且具有非常好的普适性，这对于推动光子晶体的实际应用具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、成本低廉、环境友好，并且具有很好普适性的在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体，及制备高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体的方法。
本发明的在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法：将单分散微球分散在水中形成乳液，在温度为5～95℃、湿度为5～95％的条件下，将乳液置于超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面，依靠乳液中单分散微球自身的重力作用进行沉积，便可以简便地在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面上制备得到由上述单分散微球自组装形成的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体作为牺牲模板，在构成所述牺牲模板的单分散微球之间的空隙中填充功能性物质之后，再进一步除去所述的牺牲模板，就能够制备得到高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体。
在所述的作为牺牲模板的单分散微球之间的间隙中填充功能性物质的方法选自滴涂、浸涂、电化学沉积、化学气相沉积及提拉填充法中的一种。
所述的除去所述的牺牲模板所采用的方法选自煅烧、有机溶剂(如：甲苯或四氢呋喃等)溶解及氢氟酸溶解方法中的一种或几种。所述的煅烧温度优选是160℃～600℃。
所述的超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面与水的接触角≥120°。
所述的超疏水生物体选自荷叶、稻叶、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛中的一种。
所述的超疏水仿生物体是将所述的超疏水生物体作为模板(利用上述超疏水生物体的表面复型)，通过复型的方法制备得到表面具有荷叶、稻叶、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛的结构中的一种的聚合物体(如将荷叶作为模板，通过复型方法得到的聚二甲基硅氧烷等)。
所述的聚合物选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯中的一种。
所述的单分散微球是已知市售产品，其粒径为80～1100nm；所述的单分散微球在乳液中的质量分数为0.01～30wt％，其它为水。
所述的单分散微球是单分散乳胶粒或单分散二氧化硅微球。
所述的单分散乳胶粒选自单分散聚苯乙烯乳胶粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒、单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)聚合物乳胶粒中的一种。
本发明的制备方法得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体的光子带隙在200～2600nm之间；所述的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)和二氧化硅中的一种。
所述的功能性物质是无机氧化物的溶胶、制备固体单质的前驱体、聚合物单体或聚合物中的一种。
所述的无机氧化物的溶胶选自SiO2溶胶、TiO2溶胶和ZnO溶胶等中的一种。
所述的制备固体单质的前驱体选自制备Si的前驱体乙硅烷、制备C的前驱体蔗糖和制备Ge的前驱体乙锗烷等中的一种。
所述的聚合物单体是吡咯等。
所述的聚合物是环氧树脂或酚醛树脂等。
本发明的制备方法得到的高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体的光子带隙在150～2500nm之间；所述的高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体是无机氧化物，选自SiO2、TiO2和ZnO等中的一种；或者所述的高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体是固体单质，选自Si、C和Ge等中的一种；或者所述的高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体是聚合物，选自聚吡咯、环氧树脂和酚醛树脂等中的一种。
本发明的制备方法具有操作简单、成本低廉、环境友好、普适性好等优点。此外，由本发明所得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的及高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体，由于晶面(111)面是最容易产生裂纹的晶面，在本发明所制备的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的及高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体的最高堆积密度的(111)面不存在裂纹，由此可以保证在所制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的及高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体中的所有晶面都不存在裂纹。由于避免了裂纹的漫反射作用，从而使所制备的光子晶体的反射光谱窄化，峰强提高，由此提高了高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的及高质量自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体的光学性能。所制备的光子晶体可以自支撑，无所依附的基底。上述这三方面的优点可以推动光子晶体在高效光学器件、集成光路、全色显示以及高灵敏光学、生化检测器等领域的实际应用。
附图说明
图1.本发明实施例4的在荷叶表面，单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒靠自身的重力进行沉积制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体的数码照片。
图2.本发明实施例4的在荷叶表面，单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒靠自身的重力进行沉积制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体的放大倍数为20000倍的扫描电镜照片。
图3.本发明实施例4的在荷叶表面，单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒靠自身的重力进行沉积制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体的放大倍数为50倍的扫描电镜照片。
图4.本发明实施例4的在荷叶表面，单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒靠自身的重力进行沉积制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体的反射光谱。
具体实施方式
实施例1.
将粒径为80nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为0.01wt％)，将所得到的乳液在温度为5℃、湿度为5％的条件下置于荷叶的表面(荷叶的表面与水的接触角为145°)，靠所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在荷叶的表面制备得到由所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒自组装形成的光子带隙位于200nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的三嵌段共聚物聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的三嵌段共聚物聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体作为牺牲模板，将SiO2溶胶滴涂在构成所述牺牲模板的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒之间的空隙中，在500℃下进行煅烧，除去所述的牺牲模板，得到光子禁带位于150nm的高质量自支撑无裂纹SiO2反蛋白石结构的光子晶体。
实施例2.
将粒径为1100nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为30wt％)，将所得到的乳液在温度为95℃、湿度为95％的条件下置于稻叶的表面(稻叶的表面与水的接触角为135°)，靠所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在稻叶的表面制备得到由所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒自组装形成的光子带隙位于2600nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体作为牺牲模板，将TiO2溶胶用提拉方法填涂到构成所述牺牲模板的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒之间的空隙中，在500℃下进行煅烧，除去所述的牺牲模板，得到光子禁带位于2500nm的高质量自支撑无裂纹TiO2反蛋白石结构的光子晶体。
实施例3.
将粒径为1100nm的单分散聚苯乙烯乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为30wt％)，将所得到的乳液在温度为60℃、湿度为60％的条件下置于蝴蝶翅膀的表面(蝴蝶翅膀的表面与水的接触角为130°)，靠所述的单分散聚苯乙烯乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在蝴蝶翅膀的表面制备得到由所述的单分散聚苯乙烯乳胶粒自组装形成的光子带隙位于2600nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚苯乙烯光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚苯乙烯光子晶体作为牺牲模板，将TiO2溶胶用提拉方法填涂到构成所述牺牲模板的单分散聚苯乙烯乳胶粒之间的空隙中，在500℃下进行煅烧，除去所述的牺牲模板，得到光子禁带位于2500nm的高质量自支撑无裂纹TiO2反蛋白石结构的光子晶体。
实施例4.
将粒径为245nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为20wt％)，将所得到的乳液在温度为60℃、湿度为60％的条件下置于荷叶的表面(荷叶的表面与水的接触角为145°)，靠所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在荷叶的表面制备得到由所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒自组装形成的光子带隙位于650nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体。如图1-4所示。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体作为牺牲模板，将ZnO溶胶滴涂到构成所述牺牲模板的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶粒之间的空隙中，在450℃下进行煅烧，除去所述的牺牲模板，得到光子禁带位于510nm的高质量自支撑无裂纹ZnO反蛋白石结构的光子晶体。
实施例5.
将粒径为720nm的单分散二氧化硅微球超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为5wt％)，将所得到的乳液在温度为40℃、湿度为60％的条件下置于孔雀羽毛的表面(孔雀羽毛的表面与水的接触角为125°)，靠所述的单分散二氧化硅微球的自身的重力作用进行沉积，在孔雀羽毛的表面制备得到由所述的单分散二氧化硅微球自组装形成的光子带隙位于1850nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的二氧化硅光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的二氧化硅光子晶体作为牺牲模板，将热固性酚醛树脂用浸涂的方法填充到构成所述牺牲模板的单分散二氧化硅微球之间的空隙中，在160℃下进行煅烧后，并进一步用氢氟酸溶解掉所述牺牲模板，得到光子禁带位于1600nm的高质量自支撑无裂纹酚醛树脂反蛋白石结构的光子晶体。
实施例6.
将粒径为300nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为5wt％)，将所得到的乳液在温度为40℃、湿度为60％的条件下置于将荷叶作为模板，通过复型的方法制备得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有类似荷叶的结构，聚二甲基硅氧烷的表面与水的接触角为130°)，靠所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在复型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制备得到由所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒自组装形成的光子带隙位于780nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体作为牺牲模板，将含催化量的浓度为98wt％的浓硫酸催化剂的60wt％蔗糖水溶液作为制备碳的前驱体，用浸涂的方法填充到构成所述牺牲模板的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒之间的空隙中，在180℃下进行煅烧后，并进一步用甲苯溶解掉所述牺牲模板，得到光子禁带位于540nm的高质量自支撑无裂纹碳反蛋白石结构的光子晶体。
实施例7.
将粒径为440nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为5wt％)，将所得到的乳液在温度为40℃、湿度为60％的条件下置于将稻叶作为模板，通过复型的方法制备得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有类似稻叶的结构，聚二甲基硅氧烷的表面与水的接触角为125°)，靠所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在复型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制备得到由所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒自组装形成的光子带隙位于1100nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体作为牺牲模板，将吡咯单体用电化学沉积的方法填充到构成所述牺牲模板的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒之间的空隙中，然后用四氢呋喃溶解掉所述牺牲模板，得到光子禁带位于550nm的高质量自支撑无裂纹聚吡咯反蛋白石结构的光子晶体。
实施例8.
将粒径为440nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为5wt％)，将所得到的乳液在温度为40℃、湿度为60％的条件下置于将蝴蝶翅膀作为模板，通过复型的方法制备得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有类似蝴蝶翅膀的结构，聚二甲基硅氧烷的表面与水的接触角为120°)，靠所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在复型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制备得到由所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒自组装形成的光子带隙位于1100nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体作为牺牲模板，将环氧树脂填充到构成所述牺牲模板的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒之间的空隙中，在160℃煅烧后，进一步用四氢呋喃溶解掉所述牺牲模板，得到光子禁带位于550nm的高质量自支撑无裂纹环氧树脂反蛋白石结构的光子晶体。
实施例9.
将粒径为440nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为5wt％)，将所得到的乳液在温度为40℃、湿度为60％的条件下置于将孔雀羽毛作为模板，通过复型的方法制备得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有类似孔雀羽毛的结构，聚二甲基硅氧烷的表面与水的接触角为120°)，靠所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒的自身的重力作用进行沉积，在复型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制备得到由所述的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒自组装形成的光子带隙位于1100nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体作为牺牲模板，用浸涂的方法，将热固性酚醛树脂填充到构成所述牺牲模板的单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒之间的空隙中，在160℃煅烧后，进一步用四氢呋喃溶解掉所述牺牲模板，得到光子禁带位于550nm的高质量自支撑无裂纹酚醛树脂反蛋白石结构的光子晶体。
实施例10.
将粒径为440nm的单分散二氧化硅微球超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为5wt％)，将所得到的乳液在温度为40℃、湿度为60％的条件下置于荷叶的表面(荷叶的表面与水的接触角为145°)，靠所述的单分散二氧化硅微球的自身的重力作用进行沉积，在荷叶的表面制备得到由所述的单分散二氧化硅微球自组装形成的光子带隙位于1100nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的二氧化硅光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的二氧化硅光子晶体作为牺牲模板，用化学气相沉积的方法，将制备Si的前驱体乙硅烷沉积到构成所述牺牲模板的单分散二氧化硅微球之间的空隙中，在600℃煅烧聚合后，进一步用四氢呋喃溶解掉所述牺牲模板，得到光子禁带位于550nm的高质量自支撑无裂纹Si反蛋白石结构的光子晶体。
实施例11.
将粒径为440nm的单分散二氧化硅微球超声分散于水中，形成乳液(乳液的浓度为5wt％)，将所得到的乳液在温度为40℃、湿度为60％的条件下置于荷叶的表面(荷叶的表面与水的接触角为145°)，靠所述的单分散二氧化硅微球的自身的重力作用进行沉积，在荷叶的表面制备得到由所述的单分散二氧化硅微球自组装形成的光子带隙位于1100nm的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的二氧化硅光子晶体。
将上述制备得到的高质量自支撑无裂纹蛋白石结构的二氧化硅光子晶体作为牺牲模板，用化学气相沉积的方法，将制备Ge的前驱体乙锗烷沉积到构成所述牺牲模板的单分散二氧化硅微球之间的空隙中，在300℃煅烧聚合后，进一步用四氢呋喃溶解掉所述牺牲模板，得到光子禁带位于550nm的高质量自支撑无裂纹Ge反蛋白石结构的光子晶体。
Claims (12)
1.一种在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法，其特征是：将单分散微球分散在水中形成乳液，在温度为5～95℃、湿度为5～95％的条件下，将乳液置于超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面，依靠乳液中单分散微球自身的重力作用进行沉积，在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面上制备得到由上述单分散微球自组装形成的自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体；
所述的单分散微球是单分散乳胶粒或单分散二氧化硅微球；
所述的超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面与水的接触角≥120°。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：将制备得到的自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体作为牺牲模板，在构成所述牺牲模板的单分散微球之间的空隙中填充功能性物质之后，再除去所述的牺牲模板，制备得到自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体；
所述的功能性物质是无机氧化物的溶胶、制备固体单质的前驱体、聚合物单体或聚合物中的一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的无机氧化物的溶胶选自SiO2溶胶、TiO2溶胶和ZnO溶胶中的一种；
所述的制备固体单质的前驱体选自制备Si的前驱体乙硅烷、制备C的前驱体蔗糖和制备Ge的前驱体乙锗烷中的一种；
所述的聚合物单体是吡咯；
所述的聚合物是环氧树脂或酚醛树脂。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的除去所述的牺牲模板所采用的方法选自煅烧、有机溶剂溶解及氢氟酸溶解方法中的一种或几种；
所述的煅烧温度是160℃～600℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的超疏水生物体选自荷叶、稻叶、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛中的一种；
所述的超疏水仿生物体是将所述的超疏水生物体作为模板，通过复型的方法制备得到表面具有荷叶、稻叶、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛的结构中的一种的聚合物体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述的聚合物选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯中的一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的单分散微球在乳液中的质量分数为0.01～30wt％，其它为水。
8.根据权利要求1、2或7所述的方法，其特征是：所述的单分散微球的粒径为80～1100nm；所述的单分散乳胶粒选自单分散聚苯乙烯乳胶粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒、单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)聚合物乳胶粒中的一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体的光子带隙在200～2600nm之间。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征是：所述的自支撑无裂纹蛋白石结构的光子晶体选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)和二氧化硅中的一种。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体的光子带隙在150～2500nm之间。
12.根据权利要求2或11所述的方法，其特征是：所述的支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体是无机氧化物，选自SiO2、TiO2和ZnO中的一种；或者
所述的自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体是固体单质，选自Si、C和Ge中的一种；或者
所述的自支撑无裂纹反蛋白石结构的光子晶体是聚合物，选自聚吡咯、环氧树脂和酚醛树脂中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110355462.1A CN103103601B (zh) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | 在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110355462.1A CN103103601B (zh) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | 在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103103601A true CN103103601A (zh) | 2013-05-15 |
| CN103103601B CN103103601B (zh) | 2015-07-08 |
Family
ID=48311782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110355462.1A Active CN103103601B (zh) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | 在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103103601B (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102409403A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-04-11 | 中国科学院化学研究所 | 自支撑单晶光子晶体的制备方法 |
| CN105153456A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-16 | 上海交通大学 | 一种具有湿度响应变色特性的光子晶体材料及其制备方法 |
| CN105177714A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-23 | 河北师范大学 | 一种形貌可控且色彩无角度依赖性的光子晶体微粒及其制备方法 |
| CN105543973A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-05-04 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种形貌可演变的无机-有机复合反蛋白石结构光子晶体的制备方法及应用 |
| CN105800681A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-07-27 | 合肥工业大学 | 一种具有光子晶体特性的TiO2纳米颗粒的制备方法 |
| CN108190939A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-06-22 | 常州市沃兰特电子有限公司 | 一种分级结构光子晶体的制备方法 |
| CN110201871A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-06 | 北京印刷学院 | 重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 |
| CN110328131A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-15 | 深圳劲嘉集团股份有限公司 | 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 |
| CN113957539A (zh) * | 2020-07-21 | 2022-01-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 具有大带隙调制作用及有机环境稳定性的光子晶体材料及其制备方法和应用 |
| CN113970801A (zh) * | 2020-07-23 | 2022-01-25 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光子晶体材料及其制备方法和应用 |
| CN114603759A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-10 | 北京航空航天大学 | 一种无裂纹光子晶体制备方法 |
-
2011
- 2011-11-10 CN CN201110355462.1A patent/CN103103601B/zh active Active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GARY COOK，ET AL.: "Exact Replication of Biological Structures by Chemical Vapor Deposition of Silica", 《ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION》 * |
| Y.Q.ZHANG ET AL.: "Enhancing fluorescence of tricolor fluorescent powders by silica inverse opals", 《APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE﹠PROCESSING》 * |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102409403A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-04-11 | 中国科学院化学研究所 | 自支撑单晶光子晶体的制备方法 |
| CN102409403B (zh) * | 2011-11-14 | 2015-08-19 | 中国科学院化学研究所 | 自支撑单晶光子晶体的制备方法 |
| CN105177714A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-23 | 河北师范大学 | 一种形貌可控且色彩无角度依赖性的光子晶体微粒及其制备方法 |
| CN105153456A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-16 | 上海交通大学 | 一种具有湿度响应变色特性的光子晶体材料及其制备方法 |
| CN105543973A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-05-04 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种形貌可演变的无机-有机复合反蛋白石结构光子晶体的制备方法及应用 |
| CN105543973B (zh) * | 2015-12-16 | 2018-12-25 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种形貌可演变的无机-有机复合反蛋白石结构光子晶体的制备方法及应用 |
| CN105800681A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-07-27 | 合肥工业大学 | 一种具有光子晶体特性的TiO2纳米颗粒的制备方法 |
| CN108190939A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-06-22 | 常州市沃兰特电子有限公司 | 一种分级结构光子晶体的制备方法 |
| CN110201871A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-06 | 北京印刷学院 | 重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 |
| CN110328131A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-15 | 深圳劲嘉集团股份有限公司 | 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 |
| CN110328131B (zh) * | 2019-07-04 | 2022-02-18 | 深圳劲嘉集团股份有限公司 | 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 |
| CN110201871B (zh) * | 2019-07-04 | 2022-04-26 | 北京印刷学院 | 重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 |
| CN113957539A (zh) * | 2020-07-21 | 2022-01-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 具有大带隙调制作用及有机环境稳定性的光子晶体材料及其制备方法和应用 |
| CN113970801A (zh) * | 2020-07-23 | 2022-01-25 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光子晶体材料及其制备方法和应用 |
| CN113970801B (zh) * | 2020-07-23 | 2023-05-12 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光子晶体材料及其制备方法和应用 |
| CN114603759A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-10 | 北京航空航天大学 | 一种无裂纹光子晶体制备方法 |
| CN114603759B (zh) * | 2022-03-04 | 2023-04-07 | 北京航空航天大学 | 一种无裂纹光子晶体制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103103601B (zh) | 2015-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103103601B (zh) | 在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法 | |
| CN102409403B (zh) | 自支撑单晶光子晶体的制备方法 | |
| CN102732942B (zh) | 自支撑无裂纹光子晶体的制备方法 | |
| Hsueh et al. | Inorganic gyroid with exceptionally low refractive index from block copolymer templating | |
| Li et al. | Facile synthesis of highly transparent polymer nanocomposites by introduction of core–shell structured nanoparticles | |
| Li et al. | Porous polymer films with gradient‐refractive‐index structure for broadband and omnidirectional antireflection coatings | |
| Torun et al. | Water impact resistant and antireflective superhydrophobic surfaces fabricated by spray coating of nanoparticles: interface engineering via end-grafted polymers | |
| Egen et al. | Tuning the properties of photonic films from polymer beads by chemistry | |
| CN103225103A (zh) | 自支撑单晶光子晶体的制备方法 | |
| CN104513607B (zh) | 一种光固化耐磨防雾涂料及其施工方法 | |
| Roland et al. | Morphology, thickness, and composition evolution in supramolecular block copolymer films over a wide range of dip-coating rates | |
| CN103361730A (zh) | 环状光子晶体及其制备方法和应用 | |
| CN103966655B (zh) | 一种蛋白石结构二维光子晶体的制备方法 | |
| Meng et al. | Preparation of highly monodisperse hybrid silica nanospheres using a one-step emulsion reaction in aqueous solution | |
| Zeng et al. | Effective solution mixing method to fabricate highly transparent and optical functional organic− inorganic nanocomposite film | |
| Shieh et al. | Preparation and evaluation of the bioinspired PS/PDMS photochromic films by the self-assembly dip–drawing method | |
| Ko et al. | Fabrication of colloidal crystals on hydrophilic/hydrophobic surface by spin-coating | |
| Shen et al. | Fabrication of robust crystal balls from the electrospray of soft polymer spheres/silica dispersion | |
| CN105038338B (zh) | 透明超疏水喷剂及其制备方法和应用 | |
| Yang et al. | Generalized fabrication of monolayer nonclose-packed colloidal crystals with tunable lattice spacing | |
| Gauthier et al. | Alternating crack propagation during directional drying | |
| Juillerat et al. | Formation and drying of colloidal crystals using nanosized silica particles | |
| Venkatesh et al. | Generalized fabrication of two-dimensional non-close-packed colloidal crystals | |
| Cano et al. | Rutile TiO2 nanoparticles dispersed in a self-assembled polystyrene-block-polymethyl methacrylate diblock copolymer template | |
| Wang et al. | Fabrication and characterization of angle-independent structurally colored films based on CdS@ SiO2 nanospheres |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |