反蛋白石结构光子晶体及其应用的研究

反蛋白石结构光子晶体因具有完全光子带隙、制备材料广泛、特殊的周期结构、大的比表面积和连通的孔洞结构,近年来在自发辐射的调制、提高光催化反应速率和染料敏化太阳能电池反应速率等领域成为研究热点之一,并且在光、电、催化、传感、显示、检测等领域有着巨大的应用价值。介绍了反蛋白石结构光子晶体的基本概念及制备方法,阐述了反蛋白石结构在材料自发辐射的调制、能量传递的调制、促进物理化学反应、外界环境响应材料等方面的作用及其应用。     

NaGd(WO4)2:Yb3+/Tm3+反蛋白石光子晶体的制备与上转换发光调制研究

三维光子晶体具有长程有序的结构特点, 在可见和近红外光谱范围内有着广泛的应用。光子晶体的一个重要性质是其对嵌入其中的发光中心自发辐射具有调制作用。本研究利用自组装和模板辅助法制备高质量的三维NaGd(WO₄)₂:Yb³⁺/Tm³⁺反蛋白石光子晶体, 探究了光子带隙对Tm³⁺离子上转换荧光发射与发光动力学的调制作用。通过对比分析发现, 由于反蛋白石光子晶体独特的周期性大孔结构和光子带隙效应, 处于光子带隙内的Tm³⁺离子¹G₄-³H₆的发光强度被抑制约45%, 自发辐射速率(SDR)被抑制约30%, 同时上转换局域热效应得到有效的调制。本实验结果对探索新型高效稀土掺杂上转换发光材料和提高上转换发光效率有指导意义。     

光子晶体在光催化领域的研究进展

光子晶体是由具有不同介电常数的物质,在空间按照周期性排列形成具有光子带隙的介电结构材料.光子带隙中的慢光子和带隙反射可以促进光子的捕获和控制光与物质之间的相互作用.基于光子晶体独特的光学特性和较大的比表面积,将光子晶体结构引入到半导体光催化材料的设计中,可以有效地增强光催化反应活性.本文介绍了三维光子晶体的制备方法及慢光子效应,总结了光子晶体特别是反蛋白石结构的光子晶体作为光催化剂在废水净化、制氢、二氧化碳的转化等领域的研究进展,并针对光子晶体光催化剂面临的挑战,提出了开发具有不同折射率和周期性的多层三维光子晶体,促进光子晶体在光催化领域的应用.     

三维有序纳米光子晶体的缺陷及其形成机理

通过纳米小球自组装的方法制备获得了三维有序结构的聚苯乙烯（PS）蛋白石光子晶体.利用扫描电子显微镜（SEM）对蛋白石光子晶体的微观形貌进行表征,并利用透射光谱对蛋白石进行光学表征.结果表明,胶体自组装能够形成点缺陷、等边三角线缺陷和等边立方体缺陷,通过对最低能量和机理的探讨,得出导致这些缺陷形成的原因是折射率差异和光子带隙（PBG）位置的蓝移.     

光子晶体传感器的研究进展

光子晶体是一类具有光子能带和带隙的新型光学材料,近年来已成为传感器技术领域的研究热点。光子晶体微腔、光子晶体波导、光子晶体光纤在传感器领域得到了广泛应用,而凝胶光子晶体、反蛋白石光子晶体、分子印迹光子晶体则实现了化学生物传感器的"裸眼检测技术"。重点分类介绍了一维、二维、三维光子晶体的制备及其在传感器领域的应用进展。     

聚苯乙烯微球的制备及其在光子晶体中的应用

亚微米级聚苯乙烯微球是一类常见的制备光子晶体的材料。综述了分散聚合法和乳液聚合法制备光子晶体用单分散聚苯乙烯微球的研究进展;介绍了聚苯乙烯胶体球在蛋白石结构、反蛋白石结构和可调制光子晶体中的应用进展;并提出了今后的研究方向。     

光子晶体调制下的光电材料

光子带隙的存在不仅产生出一大批新型材料和器件,也能够提供一种特殊的物理环境-具有波长尺度的介电周期场.这种物理环境为各种光电材料中光物理过程和光电性质的调制提供一种新的可能性.本文综合分析了光子晶体调制下光功能材料的自发辐射、能量传递、太阳能电池的光电转换效率、光催化等几个方面研究现状及其应用.     

带隙可调光子晶体的研究进展

介绍了近几年带隙可调光子晶体的研究进展。带隙调节的机制主要有改变晶体材料的平均折射率和改变晶体的结构参数两种。综述了通过电场调制、磁场调制、压力调制、光照调制、温度调制和复合调制等实现带隙实时可调的研究进展,提出了目前存在的问题及研究方向。     

大面积3D有序介孔二氧化钛薄膜光子晶体制备与性能研究

介绍了大面积有序反蛋白石结构介孔二氧化钛薄膜光子晶体制备与性能研究的进展.为了保证二氧化钛骨架结构的稳定性和有序度,从而使氧化钛介孔薄膜达到大面积结构均匀,在介孔薄膜制备过程中采用了几种新的工艺方法,其中包括二氧化硅晶体模板的应用和用NaOH溶液代替常用的HF溶液作为模板去除剂.制备的介孔二氧化钛薄膜光子晶体的面积达到厘米尺寸,二氧化钛骨架的填充率达到17.4%,薄膜制备过程中的收缩率<3%.薄膜透射光谱研究结果表明,这种大面积3D有序的反蛋白石结构介孔二氧化钛薄膜具有非常优良的光子带隙特性,有望成为一类具有非常好的发展和应用前景的光子晶体材料.     

蛋白石、反蛋白石结构光子晶体的制备进展

近30年来,蛋白石结构光子晶体(简称蛋白石)和反蛋白石结构光子晶体(简称反蛋白石)成为光波导、光催化、化学及生物传感器、光伏电池等研究领域的热点。对蛋白石制备方法进行了归纳,从毛细管力、电磁场力及其他外加力的作用方面对自组装方法进行了分类和讨论;将反蛋白石制备方法归纳为三步法和两步法,详细地介绍、分析了三步法中反蛋白石前驱体充填方法,总结了两步法制备大面积、无缺陷反蛋白石研究进展,并进行了讨论;最后对蛋白石、反蛋白石制备进行了总结和展望。     

聚合物凝胶光子晶体及其对物理环境的响应

文中简要介绍了物理响应性光子晶体的国内外研究动态。重点介绍以下几种物理响应性光子晶体:温度响应性光子晶体,溶剂响应性光子晶体,电场响应性光子晶体,磁场响应性光子晶体,机械力响应性光子晶体等。     

Extreme narrow photonic bands and strong photonic localization produced by 2D defect two-segment-connected quadrangular waveguide networks

In this paper, we investigate the properties of optical transmission and photonic localization of two-dimensional (2D) defect two-segment-connected quadrangular waveguide networks (DTSCQWNs) and find that many groups of extreme narrow photonic bands are created in the middle of the transmission spectra. The electromagnetic (EM) waves in DTSCQWNs with the frequencies of extreme narrow photonic bands can produce strong photonic localizations by adjusting defect broken degree. On the other hand, we obtain the formula of extreme narrow photonic bands’ frequencies dependent on defect broken degree and the formula of the largest intensity of photonic localization dependent on defect broken degree, respectively. It may possess potential application for designing all-optical devices based on strong photonic localizations. Additionally, we propose a so-called defecton mode to study the splitting rules of extreme narrow photonic bands, where decomposition-decimation method is expanded from the field of electronic energy spectra to that of optical transmission spectra.     

光子晶体应用研究进展

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料,其概念提出比较早,距今已经过了30年。由于光子晶体具有很多新颖的特性,使其成为微纳光子学和量子光学的重要研究领域。随着微加工技术的进步和理论的深入研究,光子晶体在信息光学以及多功能传感器等其他多个学科中也得到广泛应用。本文从理论上详细综述了光子晶体的各种奇异特性,并从各种特性出发,详细介绍近年来光子晶体在光子晶体光纤、反射镜、滤波器、波导、低阈值激光器、多功能传感器、腔量子电动力学、偏振器、量子信息处理等领域的应用研究,并与传统的器件进行性能比较得出光子晶体器件具有无可比拟的优势。最后提出,随着3D打印制造技术的成熟,光子晶体材料必然会推动信息技术的新一轮革命。     

光子晶体--一种新型人工带隙材料

光子晶体是近十年来才发展起来的存在光子禁带的一种新型人工材料,具有操控光子行为的独特能力,在众多领域有着广泛的用途.介绍了光子晶体的结构特征,分析了光子带隙产生的物理机理,着重介绍了光子晶体材料中存在的新现象及其应用.     

三维光子晶体的制备技术研究进展

光子晶体是周期性介电结构．它能象周期性原子结构中的电子禁带一样．产生光子禁带。自从1987年Yablonovitch提出光子晶体的概念以来，有关光子晶体的各种研究非常活跃。本文回顾了三维光子晶体的制备技术研究现状，旨在激发不同学科领域研究人员的想象力和创造力．使他们从一些可能的光子晶体制造途径中有所裨益．并将这种可能性转变为现实。     

光子晶体在Si基发光器件中的应用

在Si基集成光电子学的发展中,实现高效的Si基光源始终是人们期待的目标.但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低.目前,已经探索了多种Si基材料体系以提高Si材料的发光效率,但是尚未取得突破性的进展.近年来,光子晶体以其独特的控光能力而备受人们的关注,将光子晶体引入到Si基材料体系中可以显著提高Si基材料的发光效率,这无疑对Si基光电子学的发展起到了重要的贡献.本文简述了利用光子晶体提高Si基材料发光效率的机制,介绍了光子晶体在几种Si基材料中的应用,探索了Si基光子晶体发光器件的潜在应用前景.     

3．0μm～4．0μm全角度反射镜

分析了一维光子晶体的光子能带结构和禁带特性;然后利用光子禁带特性,设计了3.0～4.0μm全角度反射镜,给出了其反射光谱.     

一维光子晶体的带隙特性研究

一维光子晶体是指介质只在一个方向成周期性排列的材料。利用薄膜光学的特征矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性,分析了填充率变化、厚度的随机扰动对光子带隙的影响。结果表明,随着填充率的变化,各能级的带隙率变化,并且存在一个极大值;厚度的随机扰动对光子带隙也有一定的影响,随机度不同,对光子带隙的影响也不一样。本研究对一维光子晶体的设计与制备有一定的参考价值。