CN107934971A - 光子晶体薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1、提供正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水；S2、将所述正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水通过溶胶‑凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒；S3、将所述单分散二氧化硅颗粒加入至所述无水乙醇中，超声分散或搅拌，得到二氧化硅乳浊液；S4、对所述二氧化硅乳浊液进行高压过滤，得到所述光子晶体薄膜。该光子晶体薄膜的制备方法工艺简单，无需用到基底材料，成本较低，且能大规模地制备得到性能优秀的光子晶体薄膜，具有较大的应用前景。

Description

光子晶体薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光子晶体薄膜的制备方法。
背景技术
光子晶体材料是由介电常数不同的材料按周期性长程有序排列而得到的，该材料具有光子禁带和光子限域的特性，可以有效的控制光子传输，被称为“光学半导体”。其中，具有完全禁带的光子晶体材料可以完全抑制具有特定频率光子的传输，被认为下一代信息和能源技术的新型材料，从而引起了人们的广泛关注。
目前，制备完全禁带光子晶体主要有两种方法：一是利用自上而下的微加工法，用光刻、电子束刻蚀、全息照相等微加工技术，将具有高介电常数的材料加工成三维有序结构；二是利用自下而上的牺牲模板法，向PS或SiO2的Opal型模板空隙中填充高介电常数材料后再去除模板，从而得到具有反Opal结构的完全禁带光子晶体。然而，以上两种方法都需要造价昂贵的高介电常数材料，且工艺较为复杂，从而增加了得到完全禁带光子晶体的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本较低的光子晶体薄膜的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水；
S2、将所述正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水通过溶胶-凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒；
S3、将所述单分散二氧化硅颗粒加入至所述无水乙醇中，超声分散或搅拌，得到二氧化硅乳浊液；
S4、对所述二氧化硅乳浊液进行高压过滤，得到所述光子晶体薄膜。
进一步地，所述单分散二氧化硅颗粒的粒径为0.5至1μm。
进一步地，在保护性气氛中对所述二氧化硅乳浊液进行所述高压过滤处理。
进一步地，所述高压过滤的具体步骤包括：
在保护性气氛中将所述二氧化硅乳浊液升温到40至80℃，并在大于等于0.1MPa的压力下过滤；
之后保持温度和压强直至薄膜和过滤材料干燥，降温泄压并将形成的光子晶体薄膜与过滤材料分离。
进一步地，用于形成所述保护性气氛的气体选自包括氮气、氩气、空气或氦气中的任意一种或多种。
进一步地，所述过滤材料选自包括纤维素滤纸、聚丙烯滤膜、聚乙烯滤膜、尼龙滤膜、聚醚砜滤膜、玻璃纤维滤膜、聚酯滤膜、聚偏氟乙烯滤膜、聚四氟乙烯滤膜或陶瓷滤膜中的任意一种。
进一步地，所述过滤材料具有滤孔，所述滤孔的孔径为0.1至0.5μm。
进一步地，在所述二氧化硅乳浊液中，所述单分散二氧化硅颗粒的含量为0.4至0.8wt％。
本发明的有益效果在于：本发明的光子晶体薄膜的制备方法首先以正硅酸乙酯为原料，以无水乙醇为介质，通过溶胶-凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒，再将其溶于至无水乙醇中，得到二氧化硅乳浊液，最后对二氧化硅乳浊液进行高压过滤，得到所述光子晶体薄膜。该光子晶体薄膜的制备方法工艺简单，无需用到基底材料，成本较低，且能大规模地制备得到性能优秀的光子晶体薄膜，具有较大的应用前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明所示的光子晶体薄膜的制备方法的流程步骤图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1，本发明所示的光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水；
S2、将所述正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水通过溶胶-凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒，其中，所述单分散二氧化硅颗粒的粒径为0.5至1μm；
S3、将所述单分散二氧化硅颗粒加入至所述无水乙醇中，超声分散或搅拌，得到二氧化硅乳浊液，其中，在所述二氧化硅乳浊液中，所述单分散二氧化硅颗粒的含量为0.4至0.8wt％；
S4、在保护性气氛中对所述二氧化硅乳浊液进行高压过滤处理，得到所述光子晶体薄膜。
其中，所述高压过滤的具体步骤包括：
在保护性气氛中将所述二氧化硅乳浊液升温到40至80℃，并在大于等于0.1MPa的压力下过滤；
之后保持温度和压强直至薄膜和过滤材料干燥，降温泄压并将形成的光子晶体薄膜与过滤材料分离。
其中，用于形成所述保护性气氛的气体选自包括氮气、氩气、空气或氦气中的任意一种或多种。所述过滤材料选自包括纤维素滤纸、聚丙烯滤膜、聚乙烯滤膜、尼龙滤膜、聚醚砜滤膜、玻璃纤维滤膜、聚酯滤膜、聚偏氟乙烯滤膜、聚四氟乙烯滤膜或陶瓷滤膜中的任意一种。所述过滤材料具有滤孔，所述滤孔的孔径为0.1至0.5μm。
实施例一
按1:10的体积比，取正硅酸乙酯和无水乙醇，再按1:5:1的体积比，取去离子水、无水乙醇和氨水，然后通过溶胶-凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒。再将该单分散二氧化硅颗粒加入无水乙醇中，超声分散40min，得到二氧化硅乳浊液，其中，在二氧化硅乳浊液中，单分散二氧化硅颗粒占二氧化硅乳浊液质量的0.4％。接着在氮气环境下将所述二氧化硅乳浊液升温到50℃，并在5MPa的压力下过滤。之后保持温度和压强直至薄膜和过滤材料干燥，降温泄压并将形成的光子晶体薄膜与过滤材料分离，得到光子晶体薄膜。
在本实施例中，制备得到的单分散二氧化硅颗粒的粒径为0.8μm，过滤材料为聚丙烯滤膜，其滤孔为0.2μm。
实施例二
按1:10的体积比，取正硅酸乙酯和无水乙醇，再按1:8:2的体积比，取去离子水、无水乙醇和氨水，然后通过溶胶-凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒。再将该单分散二氧化硅颗粒加入无水乙醇中，超声分散40min，得到二氧化硅乳浊液，其中，在二氧化硅乳浊液中，单分散二氧化硅颗粒占二氧化硅乳浊液质量的0.6％。接着在氮气环境下将所述二氧化硅乳浊液升温到80℃，并在4MPa的压力下过滤。之后保持温度和压强直至薄膜和过滤材料干燥，降温泄压并将形成的光子晶体薄膜与过滤材料分离，得到光子晶体薄膜
在本实施例中，制备得到的单分散二氧化硅颗粒的粒径为1μm，过滤材料为聚丙烯滤膜，其滤孔为0.5μm。
综上所述：本发明的光子晶体薄膜的制备方法首先以正硅酸乙酯为原料，以无水乙醇为介质，通过溶胶-凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒，再将其溶于至无水乙醇中，得到二氧化硅乳浊液，最后对二氧化硅乳浊液进行高压过滤，得到所述光子晶体薄膜。该光子晶体薄膜的制备方法工艺简单，无需用到基底材料，成本较低，且能大规模地制备得到性能优秀的光子晶体薄膜，具有较大的应用前景
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水；
S2、将所述正硅酸乙酯、无水乙醇以及氨水通过溶胶-凝胶法制备得到单分散二氧化硅颗粒；
S3、将所述单分散二氧化硅颗粒加入至所述无水乙醇中，超声分散或搅拌，得到二氧化硅乳浊液；
S4、对所述二氧化硅乳浊液进行高压过滤，得到所述光子晶体薄膜。
2.如权利要求1所述的光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述单分散二氧化硅颗粒的粒径为0.5至1μm。
3.如权利要求1所述的光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，在保护性气氛中对所述二氧化硅乳浊液进行所述高压过滤处理。
4.如权利要求3所述的光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述高压过滤的具体步骤包括：
在保护性气氛中将所述二氧化硅乳浊液升温到40至80℃，并在大于等于0.1MPa的压力下过滤；
之后保持温度和压强直至薄膜和过滤材料干燥，降温泄压并将形成的光子晶体薄膜与过滤材料分离。
5.如权利要求4所述的光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，用于形成所述保护性气氛的气体选自包括氮气、氩气、空气或氦气中的任意一种或多种。
6.如权利要求4所述的光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述过滤材料选自包括纤维素滤纸、聚丙烯滤膜、聚乙烯滤膜、尼龙滤膜、聚醚砜滤膜、玻璃纤维滤膜、聚酯滤膜、聚偏氟乙烯滤膜、聚四氟乙烯滤膜或陶瓷滤膜中的任意一种。
7.如权利要求4或6所述的光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述过滤材料具有滤孔，所述滤孔的孔径为0.1至0.5μm。
8.如权利要求1所述的光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于，在所述二氧化硅乳浊液中，所述单分散二氧化硅颗粒的含量为0.4至0.8wt％。
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