本文關鍵詞：水凝膠光子晶體溫度特性的研究

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【摘要】：光子晶體是一種具有光子帶隙的周期性電介質(zhì)結(jié)構的新型功能材料,頻率位于帶隙范圍內(nèi)的光子,在光子晶體內(nèi)部無法傳播。光子晶體帶隙性質(zhì)使其像半導體能夠控制電子傳播一樣,能夠控制光線傳播,因而在光通訊及傳感器領域具有潛在的廣泛的應用。光子晶體的帶隙性能受其介質(zhì)排列層數(shù)、晶格常數(shù)、入射角度以及填充介質(zhì)折射率等因素的影響。溫敏響應性光子晶體在外界溫度場刺激下,聚合物凝膠體積發(fā)生變化引起光子晶體晶格常數(shù)的變化,進而影響光子晶體的帶隙性能,從而能夠?qū)崿F(xiàn)光學性能的調(diào)控。由于聚-N異丙基丙烯酰胺的溫敏響應性光子晶體具有快速的響應性,因而在溫度傳感器方面有著廣闊的應用前景。本文從光子晶體的理論和仿真分析入手,分析光子帶隙的影響因素,探討響應范圍較大的反蛋白石溫敏水凝膠光子晶體的制備方法及其溫度響應性能。論文的主要工作內(nèi)容如下:首先,理論和仿真分析蛋白石面心立方結(jié)構和反蛋白石面心立方結(jié)構三維光子晶體的能帶結(jié)構,證明蛋白石面心立方結(jié)構光子晶體不存在完全光子帶隙,反蛋白石結(jié)構面心立方光子晶體在特定條件下存在完全光子帶隙。其次,采用垂直沉積法自組裝制備了Si O2面心立方結(jié)構光子晶體,仿真和實驗分析光子晶體層數(shù)、微球粒徑、填充介質(zhì)折射率對于光子晶體帶隙的影響,隨著光子晶體層數(shù)的增加,帶隙中心波長基本不變,帶隙的透射率逐漸降低,隨著微球粒徑的增加,入射角度的減小,填充介質(zhì)折射率的增加,帶隙中心波長逐漸增大。最后,采用膠體晶體模板法制備反蛋白石結(jié)構溫敏水凝膠光子晶體。對PNIPAM水凝膠進行平衡溶脹比的測量,依據(jù)平衡溶脹比和Bragg-Snell公式理論建立和實驗測量帶隙中心波長和溫度之間的聯(lián)系。綜上所述,本文通過理論、仿真和實驗相結(jié)合探討面心立方結(jié)構光子晶體帶隙性質(zhì)的影響因素,并采用膠體晶體模板法制備反蛋白石結(jié)構溫敏水凝膠光子晶體,針對所制備的反蛋白石結(jié)構水凝膠光子晶體,分析其溫敏特性。
【關鍵詞】：光子晶體 光子帶隙 水凝膠 溫度
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O734
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題的研究背景9-10
• 1.2 課題研究的目的與意義10
• 1.3 光子晶體概述10-13
• 1.3.1 光子晶體概念10-11
• 1.3.2 光子晶體的主要特征11-13
• 1.4 光子晶體制備及其傳感器應用在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及分析13-21
• 1.4.1 蛋白石結(jié)構光子晶體的制備方法13-16
• 1.4.2 反蛋白石結(jié)構光子晶體的制備方法16-17
• 1.4.3 溫度響應性光子晶體的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4.4 國內(nèi)外研究目前面臨的挑戰(zhàn)20-21
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容21-22
• 第2章 光子晶體帶隙的數(shù)值分析方法22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 麥克斯韋方程組22-24
• 2.3 平面波展開法24-27
• 2.3.1 三維光子晶體周期性24-25
• 2.3.2 布里淵區(qū)域25-26
• 2.3.3 布洛赫定理26
• 2.3.4 三維光子晶體的平面波展開法的本征方程26-27
• 2.4 傳輸矩陣法27-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第3章 三維光子晶體的能帶仿真分析34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 面心立方結(jié)構光子晶體的光子能帶分布34-38
• 3.2.1 蛋白石結(jié)構光子晶體的光子帶隙分析35-36
• 3.2.2 反蛋白石結(jié)構光子晶體能帶分析36-38
• 3.3 SiO_2面心立方結(jié)構光子晶體的帶隙特性影響因素分析38-45
• 3.3.1.SiO_2光子晶體的密堆積面心立方結(jié)構模型38-40
• 3.3.2 密堆積面心立方SiO_2光子晶體的帶隙存在性40-41
• 3.3.3 晶格常數(shù)對SiO_2光子晶體帶隙性質(zhì)的影響41-42
• 3.3.4 入射角度對SiO_2光子晶體帶隙性質(zhì)的影響42-43
• 3.3.5 填充介質(zhì)折射率對SiO_2光子晶體帶隙性質(zhì)影響43-45
• 3.3.6.SiO_2三維光子晶體帶隙性質(zhì)的調(diào)控方法45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 水凝膠光子晶體的制備及溫度特性分析46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 溫敏水凝膠性質(zhì)研究46-48
• 4.2.1.PNIPAM水凝膠的制備46-47
• 4.2.2.PNIPAM水凝膠平衡溶脹比的測量47-48
• 4.3 蛋白石光子晶體的制備與表征48-54
• 4.3.1.SiO_2膠體晶體的制備48
• 4.3.2.SiO_2膠體晶體的形貌分析48-50
• 4.3.3.SiO_2膠體晶體的光學性能分析50-54
• 4.4 反蛋白石溫敏水凝膠光子晶體的制備與表征54-56
• 4.4.1 反蛋白石溫敏水凝膠光子晶體的制備54-55
• 4.4.2 反蛋白石溫敏水凝膠光子晶體的形貌分析55-56
• 4.5 反蛋白石溫敏水凝膠溫度特性分析56-59
• 4.5.1 反蛋白石溫敏水凝膠光子晶體理論分析56-57
• 4.5.2 反蛋白石溫敏水凝膠光子晶體實驗分析57-59
• 4.6 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻61-66
• 致謝66

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