氧化鋅及鐵酸鎳三維光子晶體的制備及性能研究.pdf

1、光子晶體本質(zhì)上是一種有序結(jié)構(gòu)，由不同介質(zhì)在空間周期性排列得到。結(jié)構(gòu)特殊性賦予光子晶體材料許多特性，比如光子帶隙、光子局域效應(yīng)等。其中，光子帶隙是其最基本的特性，類似于半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)中的帶隙對電子的作用，光子帶隙也可以對光子起到調(diào)制作用。本文分別介紹了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、ZnO蛋白石光子晶體材料及ZnO、NiFe2O4反蛋白石光子晶體材料的制備，通過對PMMA、ZnO蛋白石形成的結(jié)構(gòu)色、ZnO反蛋白石的光催化性能及NiFe2O4

2、反蛋白石的微波吸收性能的表征，研究這種特殊微結(jié)構(gòu)對材料各種性能的影響，以便未來可以擴展出光子晶體更多潛在應(yīng)用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用無皂乳液聚合法，制備了單分散性良好且粒徑均一可控的膠體聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球，采用XRD，SEM，F(xiàn)T-IR，UV-Vis反射光譜等對微球及微球自組裝后得到的光子晶體結(jié)構(gòu)色進行了表征。結(jié)果表明，所制備的微球為非晶體，球面較為光滑，粒徑較為均一，介于150~300 nm；粒徑受單體濃

3、度、引發(fā)劑加入量、反應(yīng)溫度和攪拌速度影響。微球粒徑隨單體含量增加而變大；隨引發(fā)劑添加量和攪拌速度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；反應(yīng)最佳溫度為75 oC。組裝成膜的結(jié)構(gòu)色與微球粒徑之間呈正比關(guān)系，可隨微球粒徑的增大發(fā)生紅移；光子晶體中存在的缺陷及過度受熱會使光子晶體的有效折射率減小，結(jié)構(gòu)色亮度降低。⑵采用溶膠凝膠兩步法制備了單分散性良好、粒徑均一可控的ZnO膠體微球，采用XRD，SEM，TEM，F(xiàn)T-IR，TG-DSC及UV-Vis反射

4、光譜等對影響微球粒徑的因素及微球自組裝后得到的光子晶體結(jié)構(gòu)色進行表征。分析結(jié)果表明，制備的ZnO微球為純凈的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，由ZnO顆粒團聚而成，球面較為粗糙，粒徑介于150~500 nm之間。微球粒徑隨著前驅(qū)液加入量增加而逐漸變小。微球內(nèi)含有約30％的有機物殘留，煅燒后微球會發(fā)生輕微收縮。采用重力沉積法組裝得到ZnO光子晶體結(jié)構(gòu)色層，乳液濃度越大，得到的結(jié)構(gòu)色層越厚；相比于PMMA結(jié)構(gòu)色，ZnO結(jié)構(gòu)色層更耐溫。⑶采用自制的PMMA光子晶體

5、為模板，金屬離子硝酸鹽混合液為前驅(qū)液，通過模板法成功制備了具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的ZnO材料，采用XRD，SEM，TEM，TG，DRS等對材料的形貌及光催化性能進行分析。研究發(fā)現(xiàn)， 制備的ZnO反蛋白石為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)受到填充前驅(qū)液的濃度、浸漬次數(shù)及模板移除溫度的影響，尤其模板移除溫度過高會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形坍塌。光催化性能分析發(fā)現(xiàn)，反蛋白石具有的有序連通孔結(jié)構(gòu)和慢光效應(yīng)，有效提高了光利用率和有機染料轉(zhuǎn)移效率，使其光催化性能優(yōu)于同反應(yīng)

6、條件下制備的ZnO材料。⑷采用模板法制備了NiFe2O4反蛋白石材料，采用XRD，SEM，TEM， VNA等對樣品的物相、形貌及性能進行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，制備的NiFe2O4為純相的尖晶石結(jié)構(gòu)，結(jié)晶性良好；NiFe2O4反蛋白石具有完整的三維有序孔結(jié)構(gòu)，孔形成于有機模板的煅燒移除，光滑的孔壁由鐵酸鹽納米顆粒組成，顆粒尺寸均小于27nm，孔徑介于70~200 nm之間。與普通無序的鐵酸鹽納米顆粒材料的吸波性能進行對比可以發(fā)現(xiàn)：其反射損耗最