CN1204292C - 外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备 - Google Patents
外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1204292C CN1204292C CN01137309.1A CN01137309A CN1204292C CN 1204292 C CN1204292 C CN 1204292C CN 01137309 A CN01137309 A CN 01137309A CN 1204292 C CN1204292 C CN 1204292C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric field
- preparation
- external electric
- photon crystal
- particle self
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 title abstract 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 21
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 20
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 19
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 claims description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备方法：首先对制备的二氧化硅等径微球悬浮液调节pH值4-12，然后通过在微球悬浮液中施加直流外电场，电场强度为50-500V/cm，使带某种特定电荷的微球在外电场的作用下，在平板导电玻璃等平板上定向沉积，从而形成三维周期性排列长程有序结构的模板。本发明可以制备出长程排列有序的三维周期性模板。沉积时间短，效率高，制备的三维周期性排列长程有序结构的模板质量高。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种材料的制备，尤其是通过施加直流外电场来控制胶体粒子自组装及制备三维光子晶体的方法，即对二氧化硅等径微球通过施加直流外电场进行自组装，制备出二氧化硅的三维光子晶体。
二、背景技术
对三维周期性排列长程有序光子晶体的研究，不仅具有重要的科学研究价值，而且也具有重要的实用价值。三维周期性排列长程有序光子晶体不仅在现阶段的微电子和光电子领域中具有广阔的应用前景，而且在将来的光子领域中同样具有极其广阔的应用前景。比如说，光通讯、光开关、光波导等方面具有极其广阔的实际应用价值。
对三维周期性排列长程有序结构模板的制备，现有技术通常采用将悬浮液静置沉降的方法，该方法实质上是利用了重力场的作用，将悬浮液中的微球通过自身重力的作用，沉积在物体表面。(参见“3 D long-range ordering in an SiO2submicrometer-sphere sintered superstructure”，R.Mayoral et al.，Advanced Materials，1997，9，No.3，257；“Concentration-dependent sedimentation of dilute magneticfluids and magnetic silica dispersions”，L.N.Donselaar et al.，Langmuir，1997，13，6018；“Evidence of FCC crystallization of SiO2 nanospheres”，H.Miguez et al.，Langmuir，1997，13，6009)
然而该方法具有很大的局限性，当悬浮液中微球布朗运动的作用力与微球本身的重力相等时，用该方法就不能制备出三维周期性排列长程有序结构的模板，并且对于粒径较小的微球，用该方法制备需很长的沉积时间，效率低，且不一定能制备出高质量的三维周期性排列长程有序结构的模板。
三、发明内容
本发明是通过施加直流外电场的方法对于带有某种特定电荷的微球，在电场力的作用下制备出三维周期性排列长程有序结构的模板，且对粒径很小的微球，也可用该方法制备。这是因为若微球粒径较小，当本身的作用力与悬浮液中布朗运动的作用力相等时，可通过提高所施加直流外电场的电压或缩短两电极之间的距离，从而提高电场强度，使作用在微球上的电场力大于微球布朗运动的作用力，从而有可能使粒径小的微球在电场力的作用下定向沉积，形成质量较好的三维周期性排列长程有序结构的模板。
本发明的目的是：利用所加直流外电场的作用，使带有负电荷的二氧化硅微球在所加外电场的作用下，在平板导电玻璃等平板上能自组装成三维周期性排列有序的结构。并只需要较短的沉积时间，具有较高的效率，保证制备出高质量的三维周期性排列长程有序结构的模板。
本发明的目的是这样实现的：本发明采用一种简便可行的方法，首先对制备的二氧化硅等径微球悬浮液调节pH值4-12，然后通过在微球悬浮液中施加直流外电场，电场强度为50-500V/cm，使带某种特定电荷的微球在外电场的作用下，在平板导电玻璃等平板上定向沉积，从而形成三维周期性排列长程有序结构的模板。
对制备的二氧化硅等径微球悬浮液调节pH值为8-10范围，使悬浮液中微球的ζ-电位达到较小乃至最小值，再进行外加电压沉积。
本发明的特点是：从对悬浮液中的二氧化硅微球施加直流外电场的效果来看，可以制备出长程排列有序的三维周期性模板。本发明方法的沉积时间短，效率高，制备的三维周期性排列长程有序结构的模板质量高。
四、附图说明
以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明；
图1为本发明方法的装置结构示意图，即通过施加直流外电场的装置示意图。
图2为二氧化硅微球ζ-电位和pH值的关系图，纵座标为ζ-电位，横座标为pH值。
图3为三维周期性排列长程有序结构模板表面的SEM照片(100V/cm的电场强度)
图4为三维周期性排列长程有序结构模板截面的SEM照片(100V/cm的电场强度)
图5为在500V/cm的电场强度条件下的板表面的SEM照片
五、具体实施方式
方法的实施例图见图1。照片上有尺寸标记。
电场强度：50-500V/cm，上电极1接负，下电极2接正，这根据悬浮液中微球的ζ-电位的正负来确定接法。若悬浮液中微球3ζ-电位为负，则上电极接负，下电极接正；若悬浮液中微球的ζ-电位为正，则上电极接正，下电极接负。上电极与下电极之间的距离为d。
衬底材料：ITO(Indium Tin Oxide)导电玻璃4或金属平板。
二氧化硅等径微球悬浮液调节方法：将正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate，TEOS)逐步加入到含氨水的乙醇溶液中，在恒定的温度下(试验所用的温度范围为40-65℃)，电磁搅拌24小时，获得等径二氧化硅微球。通过控制TEOS和氨水的浓度来调节等径二氧化硅微球的尺寸。通过氨水滴加的量来调节pH值。(用湿化学法制备，直径为530nm左右)。悬浮液中的微球：等径二氧化硅微球。
根据图1所示的装置，在施加直流外电场的条件下，可制备出三维周期性长程有序排列的模板。
在制备三维周期性排列长程有序结构模板的过程中，首先研究了不同pH值对悬浮液中二氧化硅微球ζ-电位的影响(见图2)。在pH值＝8-9.0的条件下，发现在pH值为9.0时，悬浮液中二氧化硅微球ζ-电位有最小值。将此pH值作为加直流外电场的最佳pH值。
然后，在pH值＝8-9.0的条件下，对二氧化硅微球悬浮液施加直流电场，上下电极间距离为1cm，外加电压100V，待二氧化硅悬浮液中溶剂挥发后，可制备出薄膜状试样，对该试样进行扫描电子显微镜观察(Scanned ElectronicMicroscopy，SEM)，其中试样表面的SEM照片见图3。从图3可看出，二氧化硅微球排列成长程有序结构。为了证明所得试样在三维方向是有序排列的，对试样的截面也进行了SEM观察，见图4。从图4可看出，同样，二氧化硅也排列成有序结构。从而证明制备出了三维周期性排列长程有序结构模板。
电场强度500V/cm的实施例见图5，在0.5V/cm、5V/cm和1000V/cm的效果较差，不能保持一个良好的三维周期性排列长程有序结构的模板。下电极接其它金属板，如铜、铝板等。下电极接导电玻璃的目的是为了便于以后的测试性能。
Claims (3)
1、外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备方法：其特征是首先对制备的二氧化硅等径微球悬浮液调节pH值4-12，然后通过在微球悬浮液中施加直流外电场，电场强度为50-500V/cm，使带某种特定电荷的微球在外电场的作用下，在平板导电玻璃平板上定向沉积，从而形成三维周期性排列长程有序结构的模板。
2、由权利要求1所述的外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备方法：通过控制TEOS和氨水的浓度来调节等径二氧化硅微球的尺寸。
3、由权利要求1所述的外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备方法：在pH值8-9.0的条件下，对二氧化硅微球悬浮液施加直流电场。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN01137309.1A CN1204292C (zh) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN01137309.1A CN1204292C (zh) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1358882A CN1358882A (zh) | 2002-07-17 |
| CN1204292C true CN1204292C (zh) | 2005-06-01 |
Family
ID=4674119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN01137309.1A Expired - Fee Related CN1204292C (zh) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1204292C (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100337145C (zh) * | 2004-06-22 | 2007-09-12 | 天津大学 | 一种产生三维光子晶体结构的方法和装置 |
| CN100400717C (zh) * | 2005-08-23 | 2008-07-09 | 南京大学 | 控制胶体微球自组装及制备二维、三维光子晶体的方法 |
| KR101040805B1 (ko) * | 2005-11-08 | 2011-06-13 | 주식회사 엘지화학 | 콜로이드 나노입자를 이용한 콜로이드 광결정 및 그제조방법 |
| CN101392407B (zh) * | 2008-10-07 | 2011-07-20 | 南京师范大学 | 一种圆柱空心型的大孔有序的胶体晶体的制备方法 |
| CN102586883B (zh) * | 2012-03-13 | 2015-06-10 | 中国科学院化学研究所 | 电控组装三维光子晶体的方法 |
| CN103436965B (zh) * | 2013-07-13 | 2016-03-16 | 吉林大学 | 光子禁带可调节及呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法 |
| CN104693459B (zh) * | 2014-12-29 | 2017-03-08 | 江西师范大学 | 一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法 |
| CN104928759B (zh) * | 2015-07-14 | 2018-03-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种利用层层吸附快速组装胶体晶体的方法 |
| CN106680901B (zh) * | 2015-11-11 | 2018-12-21 | 台湾创新材料股份有限公司 | 三维有序多孔微结构制造方法 |
| CN106680909B (zh) * | 2015-11-11 | 2019-10-15 | 台湾创新材料股份有限公司 | 三维孔洞结构制造方法及装置 |
| CN106219485B (zh) * | 2016-08-10 | 2018-08-31 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种一维微纳米材料的自组装方法 |
| CN106891459B (zh) * | 2017-04-27 | 2020-08-25 | 广东工业大学 | 一种微流控芯片弹性模具局部强化成型装置及方法 |
| CN111705361B (zh) * | 2020-06-15 | 2021-05-11 | 杭州电子科技大学 | 一种内部球形空腔阵列稳定成形的三维光子晶体制备方法 |
| CN112557771B (zh) * | 2020-12-02 | 2021-10-08 | 清华大学 | 一种温度稳定的高灵敏度微型电场传感器 |
-
2001
- 2001-11-27 CN CN01137309.1A patent/CN1204292C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1358882A (zh) | 2002-07-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1204292C (zh) | 外加电场控制胶体粒子自组装及三维光子晶体的制备 | |
| TWI620774B (zh) | 奈米複合物，其製造方法，用於電子裝置之障壁結構及含其之ｏｌｅｄ | |
| DE10392855T5 (de) | Solarelektrizitätszelle mit Nanoarchitektur/-Anordnung | |
| US20120067728A1 (en) | Colloidal sphere templates and sphere-templated porous materials | |
| Zhang et al. | Fabrication of Monodispersed 5‐nm BaTiO3 Nanocrystals with Narrow Size Distribution via One‐Step Solvothermal Route | |
| Hasan et al. | Electrophoretic deposition of CdSe nanocrystal films onto dielectric polymer thin films | |
| Xu et al. | Controllable and large-scale fabrication of flexible ITO-free electrochromic devices by crackle pattern technology | |
| WO1990004256A1 (de) | Verfahren zur herstellung dünner schichten aus leitfähigen polymeren | |
| CN101775660B (zh) | 电沉积制备三维硅光子晶体的方法 | |
| CN110079839B (zh) | 一种电沉积制备金属铝三维有序多孔光子晶体的方法 | |
| CN1749445A (zh) | 控制胶体微球自组装及制备二维、三维光子晶体的方法 | |
| CN101407648A (zh) | 一种超疏水透明二氧化硅薄膜的制备方法 | |
| CN103880066B (zh) | 一种立方相BaTiO3纳米空心球的制备方法 | |
| CN103755958B (zh) | 一种聚酰亚胺/钛酸铜钙包覆银纳米颗粒复合材料的制备方法 | |
| Chung et al. | Filling behavior of ZnO nanoparticles into opal template via electrophoretic deposition and the fabrication of inverse opal | |
| CN1219111C (zh) | 溶胶－凝胶法稀土纳米膜的制备方法 | |
| CN1470319A (zh) | 毛细吸引下的胶体微球自组织及二维、三维胶体晶体制备方法 | |
| CN1546213A (zh) | 外加直流电场自组装制备可调等尺寸三角孔无机膜 | |
| CN1196807C (zh) | 无铅锆钛酸钡功能陶瓷薄膜的湿化学法制备技术 | |
| US20040144650A1 (en) | Method of colloid crystal growth on patterned surfaces | |
| Yasir et al. | Design And Fabrication Of A Low-Cost Dip Coating System For Depositing Homogeneous And Transparent Zno Thin Films | |
| CN1974461A (zh) | 一种介电常数可调的锌掺杂pst薄膜及其制备方法 | |
| CN102584022B (zh) | Cd/CdS-SiO2三阶非线性光学三元复合薄膜材料及其制备方法 | |
| US20160319139A1 (en) | Self healing silica based dielectric ink for printed electronic applications | |
| CN101597785B (zh) | 观察电化学法生长纳米材料的装置及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |