胶体自组装法制备光子晶体颜料的研究进展

与传统颜料生产及应用过程中的污染、能耗相比,光子晶体颜料是一种绿色无污染的新型结构色颜料。分析了光子晶体的生色原理,归纳了胶体自组装法制备光子晶体结构色颜料的方法。彩虹色光子晶体颜料的制备方法中,重力沉降法和垂直沉积法的工艺和设备最为简单,喷墨打印法可按需在基材表面精确定位、效率高。非彩虹色光子晶体颜料通常采用掺杂法、喷涂法、雾化沉积法及核壳结构法等制备,其中喷涂法和雾化沉积法可快速、大面积制备非彩虹色光子晶体颜料;核壳结构法能够制得稳定性较好、饱和度高的颜料。最后总结了光子晶体结构色颜料的优缺点及应用前景。     

三角晶格二维光子晶体带隙结构数值研究

为了详细研究三角晶格二维光子晶体的带隙结构特性,采用平面波展开法对该类光子晶体的能带结构作数值研究,计算不同参数下三角二维光子晶体的能带曲线.结果表明,三角二维光子晶体介质基质中空气柱结构比空气基质中介质柱结构在柱体半径相同时更容易形成完全禁带.特别对TE模式而言两种结构都较容易形成禁带,介质基质中的空气柱结构不存在完全禁带.     

基于沸石咪唑酯的反蛋白石光子晶体制备研究

通过将沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)与反蛋白石光子晶体相结合,制备新型反蛋白石光子晶体.以二氧化硅(SiO2)反蛋白石光子晶体与聚苯乙烯(PS)反蛋白石光子晶体作为载体,通过在表面修饰羧基官能团的方式,使ZIF-8中的锌离子与反蛋白石光子晶体表面的羧基配位连接,成功地在2种反蛋白石光子晶体表面上生长了ZIF-8薄膜,制备了2种复合型反蛋白石光子晶体.结果表明,ZIF-8薄膜保持了ZIF-8原有的晶体特性,在反蛋白石光子晶体上覆盖均匀致密,表现出了较好的结合力.复合型反蛋白石光子晶体的光子带隙与原始的反蛋白石光子晶体相比产生了移动,与预测相符.     

涤纶织物上SiO_2反蛋白石光子晶体及其结构研究

采用无皂乳液聚合法制备单分散聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球,通过垂直沉积自组装法,在纺织基材上构建面心立方(FCC)结构PMMA蛋白石模板并填充二氧化硅(SiO_2)纳米颗粒,应用紫外辐照技术除去模板,制备SiO_2反蛋白石结构光子晶体。利用马尔文激光粒度仪测试PMMA和SiO_2纳米微球粒径及其单分散指数(PDI),通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察织物表面PMMA蛋白石模板、PMMA/SiO_2复合光子晶体、SiO_2反蛋白石结构光子晶体的表面形貌。结果表明:PMMA纳米微球粒径在458nm左右适宜用于构建蛋白石模板,60nm的SiO_2纳米微球在浓度为5~8wt%时适宜填充蛋白石模板,紫外辐照去除PMMA模板后可以制得三维有序的SiO_2反蛋白石结构,其孔径均匀,排列整齐,整体上呈FCC结构。     

二维三角介质柱光子晶体能带特性分析

利用平面波展开法计算空气背景中由圆形、正六边形和正方形介质柱构造的二维三角格子光子晶体的带隙结构,并研究介质折射率、光子晶体直径与晶格常数的比值对光子带隙宽度的影响。通过理论计算表明,Si和Ge这两种材料制成的光子晶体中,只有方柱模型的光子晶体才能产生完全光子禁带。     

光子晶体带隙结构的数值计算

该文简述了光子晶体的基本概念及基于平面波方法的理论分析。光子晶体是周期性介质结构,其带隙结构计算复杂,难于进行解析分析,只能使用数值模拟,所以关于光子晶体带隙的计算成为其理论研究的一个重要分支。该文在推导出一维光子晶体的解析解后,使用平面波方法在MATLAB下编写了通用的二维光子晶体能带结构计算程序,找到了出现最大带隙的结构参数,为设计和制作二维光子晶体提供了理论依据。     

SiO_2三维光子晶体薄膜的制备与光学特性

利用胶体晶体法沉积SiO2三维光子晶体,利用扫描电子显微镜（SEM）和分光光度计研究该晶体的结构特性和光谱特征,考察颗粒浓度、反应温度对光子禁带的影响.结果表明：随着SiO2颗粒浓度增大,反射强度随之增大,当浓度为1.92%时,反射强度最大,进一步增加浓度反射强度降低,同时光子禁带宽度变窄,禁带位置蓝移;随着温度增加,反射强度增加,禁带位置蓝移.     

光子晶体结构生色纺织品的快速制备及其性能表征

以聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(P(St-MAA))胶体微球为结构基元,利用喷涂法在黑色涤纶织物上快速制备光子晶体结构生色薄膜.通过控制预组装液质量浓度和喷涂距离,优化喷涂工艺参数,揭示胶体微球自组装过程中结构色色相变化的机制,并分析制备所得光子晶体的光学性能.结果 表明:采用喷涂法制备光子晶体时,设定预组装液质量浓度为3...     

大尺寸TiO_2反蛋白石结构的制备及性能分析

针对蛋白石结构光子晶体不能产生完全光子带隙的问题,采用垂直沉积法制备出单分散聚苯乙烯(PS)蛋白石结构胶体晶体模板,向模板填充TiO_2溶胶制成PS/TiO_2复合结构,将其放置在450℃的电炉中高温煅烧2h,得到了TiO_2反蛋白石结构.通过扫描电镜、吸收光谱仪和偏光显微镜对煅烧后的材料进行了测试和表征.结果表明:制备得到的TiO_2反蛋白石薄膜为厘米尺度范围内排列周期有序的大孔结构,孔径可控且选择范围宽.结构骨架表面平整,缺陷很少,几乎不存在塌陷.薄膜的透射光谱带隙窄,深度大,峰值尖锐,证实了样品内部结构的高质量和有序性.     

用平面波展开方法计算二维光子晶体带隙结构

应用平面波展开方法(PWM)计算了三角晶格和正方晶格二维空气柱光子晶体带隙结构。结果表明三角晶格和正方晶格二维空气柱光子晶体存在对应TE、TM模的带隙,并且在某些条件下存在完全带隙。比较而言,三角晶格结构光子晶体存在更大的完全带隙。     

Thermal-responsive Photonic Crystals based on Physically Cross-linked Inverse Opal Nanocomposite Hydrogels

A thermal-responsive photonic crystal material was fabricated by forming an inverse opal nanocomposite hydrogel of poly(N-isopropylacrylamide) (IONHPNIPAm) with...     

Study on ceramic photonic bandgap structure with three-dimensional diamond lattice

A novel process, which was based on powder injection molding, was investigated for the fabrication of ceramic photonic bandgap structure with three-dimensional diamond lattice. The SiO2-TiO2 ceramic powder was mixed with a water-soluble agent to produce slurry. The slurry was then injected into an epoxy mold with inverse diamond lattice, fabricated by the stereolitographic rapid prototyping process. To increase the density of the green compact, cold isostatic pressing was applied on the unit. Using thermal debinding, the water-soluble agent and the epoxy were extracted at 360 and 650 K, respectively. Sintering was immediately done at 950 K for 5 h and the desired three-dimensional ceramic structure was obtained. The calculated band diagram for this structure indicated the existence of an absolute photonic bandgap for all wave vectors. At 14.7-18.5 GHz, a complete band gap was located with a maximum attenuation of 30 dB at 17 GHz, when transmission was measured in the 〈100〉 direction between 10 and 20 GHz.     

一维光子晶体基本周期结构对光子禁带的影响

利用由特征矩阵方法得到的一维光子晶体的反射率计算公式,对具体的一维光子晶体周期结构,计算了在不同的入射角下,P偏振光和S偏振光的反射率随光子晶体基本周期结构光学厚度的变化。计算结果表明,光子禁带是与光子晶体的基本周期结构的光学厚度有关的,对不同的偏振光,光子禁带随光子晶体基本周期结构的光学厚度的变化有所不同。在设计光子晶体时,可以根据需要,通过改变光子晶体基本周期结构的光学厚度来实现对光子带隙的控制。     

一维掺杂光子晶体的带隙结构及特征的研究

基于传输矩阵法,数值模研究了光子晶体带隙特征与光子晶体结构参量的关系。研究表明：一维光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,单个基本周期结构的光子晶体不具有带隙结构,随着周期数的增加,光子带隙结构逐渐形成,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着杂质层折射率的增大而逐渐变浅,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

一维光子晶体光子禁带研究

设计SiO2/TiO2一维光子晶体,利用琼斯矩阵理论,模拟分析其禁带特性。结果表明：光子禁带随光子晶体介质厚度比的增大而加宽,且往长波方向移动;光子禁带不受光子晶体周期数的影响。根据理论模拟得出的最佳参数制作了应用于光通讯波段的一维光子晶体带阻滤波器,并测量了该光子晶体的光子禁带,实验结果与理论模拟一致.     

利用复式原胞实现二维光子晶体中的完全带隙

为了实现二维光子晶体的完全带隙，采用不同结构的复式原胞，构成了一种复式光子晶体．用多重散射的方法，分别计算了不同占空比和内部参数，以及当光沿不同方向入射时s偏振波和p偏振波的透过谱．从理论上论证了在这种复式原胞的光子晶体中，只要选择合适的内部参数和占空比，就可以在二维复式光子晶体中达到三维光子晶体效果，即获得到完全带隙．     

平板光子晶体的禁带特性分析

利用时域有限差分法研究了平板光子晶体的禁带特性。通过模拟仿真得出,随着棒结构和孔结构的平板光子晶体厚度的增加,其禁带宽度先增大后减小,存在最大值。对于棒结构的平板光子晶体来说,随着介质柱的半径的增大,禁带宽度逐渐减小。而对于孔结构的平板光子晶体来说,随着孔的半径的增大,禁带宽度逐渐增加。     

二维光子晶体耦合器耦合特性分析

基于平面波展开法计算了光子晶体能带结构和带隙分布图,利用FDTD对具有四方晶格的光子晶体耦合器的传输特性进行了研究,讨论耦合作用长度和耦合臂间距对耦合比的影响,并给出传输场分布.研究结果显示,光子晶体可以实现耦合器的功能,耦合作用长度比耦合臂间距对耦合特性影响大,耦合臂间距达到一定程度则不会发生耦合.适当的设计耦合器耦合作用长度和耦合臂间距可以实现任意分光比的光耦合器,这些对于研究光子晶体器件和光子集成回路具有一定的参考价值.