入射光和結(jié)構(gòu)色耦合效應(yīng)對(duì)彩色TiO2薄膜上客體分子的光富集作用.pdf

1、自然界豐富多彩，每種物質(zhì)都有其自身的顏色。顏色來源于物質(zhì)與光的相互作用，包括吸收、反射、散射、衍射或其他作用形式。由物質(zhì)本身電子結(jié)構(gòu)引起的對(duì)特定波長光的吸收而產(chǎn)生的顏色稱為化學(xué)色；由物質(zhì)的物理或機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的顏色稱為結(jié)構(gòu)色或物理色。結(jié)構(gòu)色通常由與光線波長相當(dāng)?shù)奈⒂^結(jié)構(gòu)通過干涉、衍射、散射等途徑對(duì)入射光線產(chǎn)生特定波長或特定方向的反射而產(chǎn)生。相比于化學(xué)色，結(jié)構(gòu)色具有色彩飽和度高、結(jié)構(gòu)不變永不褪色、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)色不僅可以揭示

2、其產(chǎn)生的物理機(jī)理及調(diào)控策略，還能為具有光子晶體結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)和制備提供有價(jià)值的思路。彩色半導(dǎo)體材料由于其在光電領(lǐng)域的潛在應(yīng)用得到很大的關(guān)注。目前，已報(bào)道的應(yīng)用包括傳感器、表面拉曼散射增強(qiáng)、分析、太陽能電池、偏光器、光催化等。但這方面的研究主要集中在具有化學(xué)色的半導(dǎo)體材料（如CdS、CdSe等），及通過半導(dǎo)體內(nèi)部獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)吸收可見光，而以 TiO2為例的寬帶半導(dǎo)體材料（能帶大于3.0 eV）僅能通過摻雜的方式才能吸收可見光，限制了對(duì)可

3、見光的利用。最新研究表明通過構(gòu)建光子晶體，無摻雜的TiO2光子晶體由于其獨(dú)特的光子能帶結(jié)構(gòu)也顯示出色彩，為進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)色對(duì)光催化的促進(jìn)作用提供了可能。
　　本文介紹了一種簡易的、通過溶劑熱法制備由 TiO2納米片組成的彩色TiO2薄膜的方法。通過調(diào)節(jié)薄膜厚度使具有類光柵結(jié)構(gòu)的納米片薄膜產(chǎn)生不同的顏色，從而選擇性的吸收可見光。這種限域在薄膜內(nèi)的可見光形成了較強(qiáng)的光場并增強(qiáng)了客體分子與光的相互作用，提高了對(duì)可見光的利用率。主要內(nèi)容包

4、括：⑴采用鈦片、Ti源、叔丁醇和苯甲醇溶劑發(fā)生溶劑熱反應(yīng)，制備出TiO2彩色薄膜。通過調(diào)變 Ti源加入量、生長時(shí)間和基底，控制并優(yōu)化彩色薄膜的生長條件，促進(jìn)薄膜對(duì)光的選擇性吸收。彩色TiO2薄膜不僅可選擇性吸收可見光，還可選擇性吸收近紅外光。⑵探討了彩色TiO2薄膜顏色的形成機(jī)理和發(fā)色原因。在排除了化學(xué)摻雜的同時(shí)，用結(jié)構(gòu)色的模型分析了薄膜顏色的可能成因。主要涉及光的薄膜干涉和波導(dǎo)模式。通過兩者的共同作用解釋了薄膜產(chǎn)生顏色的原因，并用薄膜