基于微流控芯片制備環(huán)境響應(yīng)型光子晶體球的研究.pdf

1、光子晶體是一種介電常數(shù)不同的材料呈周期性排列形成的有序結(jié)構(gòu)，具有光子帶隙特性。光子晶體對光傳播的調(diào)控與半導(dǎo)體材料對電子的影響類似。由于其具備許多普通材料不具備的性質(zhì)，光子晶體在集成光學(xué)、微波通信、電子技術(shù)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。近年來，光子晶體傳感器已引起廣泛的關(guān)注，光子晶體傳感器對外界刺激的響應(yīng)快速靈敏，響應(yīng)的變化可以通過光譜儀器檢測或直接裸眼可讀，使其有望應(yīng)用于可視傳感領(lǐng)域。
　　本論文中首先采用改進的溶膠種子法制備出尺寸可

2、控的單分散二氧化硅顆粒。單分散且尺寸可控的SiO2顆粒的成功制備是制備帶隙可調(diào)的光子晶體材料的基礎(chǔ)。文中通過調(diào)節(jié)氨水、正硅酸乙酯（TEOS）以及反應(yīng)體系的溫度來控制粒徑尺寸和單分散性。隨著TEOS濃度和氨水用量增加，顆粒粒徑逐漸增大，且增大趨勢漸緩；隨著反應(yīng)溫度的增加，顆粒的粒徑明顯變小，單分散性變好。將不同粒徑的SiO2膠體微球配置成10％w/v的水乳液，采用橫向沉積法制備出SiO2光子晶體膜，其結(jié)構(gòu)色各不相同，隨著SiO2粒徑增大，

3、光子晶體膜的光子帶隙紅移。同時，還采用了乳液聚合的方法，制備了尺寸為260nm單分散聚苯乙烯（PS）微球，形成的光子晶體膜具有鮮艷的顏色。
　　為制備出光子晶體球，本論文以微流控芯片制備出的尺寸可控的液滴為模板，通過液滴中水分揮發(fā)、納米粒子自組裝得到光子晶體球。通過調(diào)節(jié)微流控芯片中油相和水相的流速，精確控制液滴尺寸。探討了油相和水相的流速對液滴尺寸的影響。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著油相流速增加，液滴尺寸變小；隨著水相流速增加，液

4、滴尺寸變大?？疾炝怂嘀腥橐簼舛纫约耙旱喂袒募訜岱绞降葘庾泳w球尺寸、結(jié)構(gòu)和特性的影響。結(jié)果表明，光子晶體球因其球形結(jié)構(gòu)，具有各向同性的光子帶隙和結(jié)構(gòu)色。
　　為制備出響應(yīng)快速靈敏的pH傳感器，本論文以光子晶體球為模版，滲透丙烯酸（AA）基凝膠溶液，經(jīng)過紫外引發(fā)固化后用HF酸進行模板刻蝕制備了反蛋白石結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型水凝膠小球。由于凝膠小球尺寸小且內(nèi)部為有序的大孔網(wǎng)絡(luò)，因此小球?qū)H值變化敏感。隨著緩沖液pH值升高，小球逐漸膨脹

5、，其光子帶隙紅移。凝膠溶液的組分影響水凝膠小球的pH響應(yīng)性。當AA和水的含量分別為3wt%，31wt%時，水凝膠小球的響應(yīng)范圍較大，響應(yīng)速度快；在pH5-6變化時，可在30s內(nèi)達到響應(yīng)平衡。此外，以聚異丙基丙烯酰胺-丙烯酸（PNIPAm-AA）作為凝膠溶液時，制備出pH和溫度雙重響應(yīng)型反蛋白石結(jié)構(gòu)水凝膠小球。當溫度高于其相轉(zhuǎn)變溫度后，小球體積明顯收縮，晶格尺寸變??；隨著pH值的變化，小球的結(jié)構(gòu)色也有一定的變化。
　　隨著傳感器的發(fā)