基于胶晶模板法制备有序多孔材料技术的现状分析

胶晶模板法是有序多孔材料的常用制备方法之一,具有操作简单、工艺可控及适用范围广等优点.该工艺由3个过程组成:微球的制备及模板的形成、前驱体在模板中的渗透以及模板的去除,控制好这些过程才能制备高质量的有序多孔材料.本文就这几个具体工艺过程结合国内外的研究现况作了简要的分析,并展望了其未来的发展方向.     

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。     

胶晶模板法制备三维有序多孔羟基磷灰石

采用stber法制备SiO2胶粒,经自然沉降的过程制备SiO2有序模板,再通过HA前驱体溶胶灌注、烧结和碱液浸渍等过程,制备了三维有序多孔羟基磷灰石(HA).采用XRD、TEM、FESEM和Zeta电位对样品的物相、微观结构、孔分布及表面电性能进行研究.结果显示,H2O2表面改性使得SiO2胶粒Zeta电位升高,有利于提高模板的有序性.制备的SiO2胶粒粒径约为250nm,由胶粒形成的多孔羟基磷灰石的孔径约为200nm,孔间由孔径约为20nm的微孔互相连接.此外,还考察了羟基磷灰石前驱体浓度、用量以及碱液浸渍时间对多孔材料的成型、孔结构、孔隙率的影响.当使用的前驱体浓度为0.8mol/L,用量占模板体积的30%,浸渍在4mol/L 的NaOH中3d后,形成的多孔HA有序性良好.     

胶体阵列及三维光子晶体制备的研究进展

单分散的胶体颗粒能自发排列成胶体阵列,其长程有序结构能获得许多特殊的性质.胶体阵列被用作制备可见光及近红外波长范围的光子晶体的基础.以其为模板制备的反蛋白石结构可拥有全光子禁带,为新一代光子器件开发和应用带来了希望.介绍了单分散胶体颗粒的主流制备方法,归纳总结了胶体阵列制备的几种方法和国内外最新的相关报道,简述了其在制备三维光子晶体领域的最新进展以及该领域国内外的研究进展.     

基于反蛋白石结构的功能性薄膜制备及应用研究进展

作为光子晶体的一种典型结构,基于反蛋白石(IO)结构构筑的功能性薄膜呈现典型的周期性排列,除具有微孔大小均一、孔隙率高、孔径易灵活调控等优势外,还具有一些特殊的光学性质。近年来,IO结构膜引起了检测、防伪、药物输送、过滤等领域的广泛关注。本文首先概述了IO型膜的结构特点和光学特性,然后重点介绍了IO结构膜的制备方法并将其概括为“三步法”和“两步法”,接着详细总结了IO型膜在结构生色、传感器、电致变色、光催化和医学载体五方面的应用进展,最后对其未来的研究方向和发展趋势作出了展望。本研究可为IO型功能性薄膜的推广和应用提供策略支撑。     

胶晶模板法制备WO3多孔薄膜及其光催化特性

通过苯乙烯聚合制备了聚苯乙烯微球胶体,采用浸渍-提拉制备成为紧密堆积的PS球胶晶模板,微球之间的间隙采用溶胶-凝胶法制备的WO3溶胶填隙,最后通过煅烧得到有序规则排列的多孔WO3薄膜。通过XRD、SEM对WO3多孔薄膜的结构及形貌进行了表征,并评价了薄膜的光催化性能。结果表明,在450℃高温下煅烧PS模板,得到有序排列的多孔WO3薄膜,平均粒径为150nm,光催化效率最高。     

结构色材料用于纺织印染领域的研究进展

结构色是通过微纳米结构与可见光的相互作用产生的颜色,也称为物理色.结构色与化学色的产生机理完全不同,颜色性质也有显著区别,其实质是物体自身的特殊周期性结构与光发生衍射、干涉和散射等物理作用所产生的视觉效果.目前,纺织品着色的主要途径是通过在纤维、纺织物上接枝或施加染料及颜料等有色物质,即化学着色.为了克服传统染料光牢度...     

模板法制备中空结构材料的研究进展

中空结构材料具有低密度、高比表面积、可以容纳客体分子等特点被广泛用于环境保护、生物医药、电子等领域。模板法具有简单、重复率高、预见性好等诸多优点, 在制备中空结构材料的过程中被广泛采用。根据所使用模板性质的不同, 模板法又可分为传统模板法和自模板法两类。本文对模板法制备中空结构材料的研究进行了综述, 首先阐述了硬模板法和软模板法两种传统模板法制备中空结构材料的研究进展, 并在此基础上重点综述和评价了奥斯特瓦尔德熟化法、柯肯达尔效应法、电化学置换法和化学刻蚀法四种自模板法制备中空结构材料的研究进展, 最后, 对模板法制备中空结构材料的发展前景进行了展望。     

胶态晶体模板法制备三维有序大孔材料及其应用

胶态晶体中的粒子一般具有蛋白石结构,通过胶态晶体空穴可以制备反蛋白石结构的多孔材料,孔径可由100nm以内到1000nm不等,并具有三维长程有序的孔结构,可望应用于光学器件、光子晶体、催化剂、特殊过滤膜及其它领域.重点介绍了胶态晶体模板法在多孔材料合成上的应用及其未来的发展前景.     

胶晶模板法制备3DOM材料

三维有序大孔材料具有整齐有序的孔道、分布均一的孔形孔径,因而在催化剂载体、过滤和分离材料、电极材料以及热阻材料等有着非常重要的作用.模板法是制备三维有序大孔(3DOM)材料最常用的方法.其制备过程包括模板的制备、组装,往模板微球间的间隙填充前驱物溶液及模板的去除这几个步骤.结合近年来对这方面材料的研究工作及文献作一简要系统的综述.     

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。     

机械力致变色光子晶体材料研究进展

目的 总结光子晶体材料在机械力致变色方面的研究现状,基于机械力致变色光子晶体的特点进行展望,为进一步研究和应用提供参考.方法 基于机械力的施加方式,从拉伸变色和压缩变色两个方面系统介绍了机械力致变色光子晶体的制备方法、光学性能以及机械性能,并分析比较了这两种光子晶体材料的应用现状和前景.结论 机械力致变色光子晶体在结构上有多种形式,包括嵌入胶体阵列的弹性体光子晶体、胶体交联光子晶体、层状光子晶体、链状光子晶体等,近些年这些光子晶体已经可以达到明亮的结构色和应变能力.机械力致变色光子晶体因其形式的多样性和良好的光学、机械性能,使其在应力检测、人体运动状态监测、防伪、显示等方面得以应用,具有很大的实际应用潜力.     

非晶无序光子晶体结构色机理及其应用

结构色是一种由光学尺度的微纳结构与光相互作用形成干涉、衍射或散射而产生颜色的物理生色效应。与化学生色不同,结构色由于没有色素或者染料的参与,因此没有颜色褪色的现象,同时能够避免使用染料和色素带来的环境污染。目前结构色材料受到研究者和应用开发人员的广泛关注,大量的研究发现结构色可以来源于光子晶体与非晶光子晶体两种结构。光子晶体由规整的周期性结构组成,产生的颜色鲜艳却具有明显的角度依赖性。而非晶光子晶体,其"自身缺陷"导致的短程有序结构具备了各向同性的光子带隙、非虹彩效应、光局域化等特点,赋予了材料柔和亮丽不随角度变化的显色效果,可控的激光效应以及优良的发光效率,从而更能满足材料领域对光散射和光传输等方面的特殊需求。对非晶光子晶体的概念和结构,与可见光作用产生颜色的原理,以及制备非晶光子晶体的不同方法(平板刻蚀法、胶体颗粒自组装法、模板法、相分离法)做了详细的讨论,并对非晶光子晶体产生的结构色效应在光电器件、功能涂料和纺织材料等多个领域中的应用进行了展望。     

二维胶体晶体成形及应用研究进展

综述了二维胶体晶体的结构特点及成形驱动力,介绍了LB(Langmuir-Blodgett)转移法、毛细组装法、电场沉积组装法、特殊装置组装法等二维胶体晶体成形方法的原理、成形过程及优缺点,同时概述了二维胶体晶体在微加工及微图案化、纳米传感器、纳米磁存储等领域的应用情况。     

基于胶体晶体构筑银纳米薄膜及其抑制微放电性能研究

近年来,微放电效应的抑制研究在加速器、大功率微波器件等领域得到了广泛的关注。采用聚苯乙烯(PS)胶体晶体模板辅助磁控溅射法制备了类空心球结构的银薄膜,通过调节PS模板尺寸及溅射时间(镀银层厚度),得到具有抑制微放电效应的银薄膜。采用SEM表征银薄膜的形貌与结构,并用二次电子发射系数(SEY)测试平台表征银薄膜的SEY。结果表明,PS模板尺寸及溅射时间对银薄膜形貌及其二次电子抑制作用有显著的影响,当溅射时间为600s,模板尺寸为1 000nm时,银薄膜的SEY较小,即对二次电子的抑制作用较为显著,与初始镀银铝合金样品相比,其SEY值降低了48%。     

光子晶体纤维的制备及应用

光子晶体纤维是一种具有结构色的纤维,其无需染色就具有颜色亮丽、永不褪色、色彩饱和度高等特点,符合当前绿色、环保的要求,拥有广阔的发展前景。概述了光子晶体的原理、制备方法及应用,重点探讨了光子晶体纤维的制备方法,介绍了目前研究报道的多层膜干涉、自组装、电泳沉积、静电纺丝和热压印等方法,并讨论了这些方法的优缺点。     

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.     

光子晶体制备及其应用研究进展

综述了光子晶体的特性以及制备方法,分别介绍了光子晶体在光子晶体光纤、光子晶体滤波器、低阈值激光器、光子晶体结构色等领域的应用研究现状,展示了光子晶体器件的巨大发展潜力,并指出了光子晶体今后的研究方向。同时笔者认为将3D打印技术与光子晶体器件的制备相结合,对早日实现光子晶体器件的实际应用意义重大。     

Instantaneous,Simple, and Reversible Revealing of Invisible Patterns Encrypted in Robust Hollow Sphere Colloidal Photonic Crystals

The colors of photonic crystals are based on their periodic crystalline structure. They show clear advantages over conventional chromophores for many applications, mainly due to their anti‐photobleaching and responsiveness to stimuli. More specifically, combining colloidal photonic crystals and invisible patterns is important in steganography and watermarking for anticounterfeiting applications. Here a convenient way to imprint robust invisible patterns in colloidal crystals of hollow silica spheres is presented. While these patterns remain invisible under static environmental humidity, even up to near 100% relative humidity, they are unveiled immediately (≈100 ms) and fully reversibly by dynamic humid flow, e.g., human breath. They reveal themselves due to the extreme wettability of the patterned (etched) regions, as confirmed by contact angle measurements. The liquid surface tension threshold to induce wetting (revealing the imprinted invisible images) is evaluated by thermodynamic predictions and subsequently verified by exposure to various vapors with different surface tension. The color of the patterned regions is furthermore independently tuned by vapors with different refractive indices. Such a system can play a key role in applications such as anticounterfeiting, identification, and vapor sensing.