【摘要】：光子晶體是一種具有周期性結(jié)構(gòu)的材料,其特點(diǎn)是具有光子帶隙和結(jié)構(gòu)色。具有智能響應(yīng)的光子晶體在外界條件刺激下,其光子帶隙發(fā)生遷移進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)色的改變。這一特性使得具有智能響應(yīng)的光子晶體材料擁有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái),眾多研究者還致力于熒光技術(shù)的研究,使其在傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)、熒光標(biāo)記、防偽、全色顯示、信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。目前,有很多關(guān)于光子晶體與熒光物質(zhì)相結(jié)合的材料的報(bào)道,光子晶體與熒光的結(jié)合使得光子晶體不僅具有可見(jiàn)光結(jié)構(gòu)色,而且具有熒光特性,使得光子晶體在其他領(lǐng)域的信號(hào)表達(dá)能力得到拓展和提升。然而,具有響應(yīng)型熒光聚合物光子晶體的相關(guān)研究甚少。因此,本文從分子水平開(kāi)展對(duì)響應(yīng)型熒光聚合物光子晶體的研究,并對(duì)其調(diào)控機(jī)理進(jìn)行了探究。主要內(nèi)容包括:1.設(shè)計(jì)并制備了分別對(duì)254 nm紫外光和365 nm紫外光有響應(yīng)的氨基甲酸酯類(lèi)光敏基元和螺吡喃類(lèi)光敏基元,并對(duì)這兩種光敏基元的光化學(xué)特性進(jìn)行了研究;將兩種光敏基元分別接枝在微球表面形成反應(yīng)型核殼結(jié)構(gòu)聚合物微球。2.以氨基甲酸酯類(lèi)光敏基元修飾的核殼結(jié)構(gòu)聚合物微球?yàn)橹黧w,系統(tǒng)研究了垂直沉降法、噴涂法以及滾輪涂布法組裝光子晶體的影響因素,確定了最佳的組裝條件;并對(duì)光子晶體的光學(xué)性能進(jìn)行了研究,探究了光子帶隙與熒光強(qiáng)度之間的關(guān)聯(lián),確定了實(shí)現(xiàn)熒光增強(qiáng)的途徑,當(dāng)光子晶體的光子帶隙與其熒光發(fā)射峰匹配時(shí),具有熒光增強(qiáng)的作用。3.以對(duì)254 nm紫外光響應(yīng)的光子晶體為基礎(chǔ),構(gòu)建了一系列光子晶體熒光陣列和雙模式光子晶體三基色顯示材料。采用局部曝光法,用垂直沉降法組裝的光子晶體形成光子晶體熒光陣列;采用噴涂法,將不同粒徑的聚合物微球選擇性地噴涂在玻璃和紙板上,得到分別以玻璃和紙板為基底的二維光子晶體圖案;基于3D模板法,將不同粒徑的聚合物微球噴涂其上得到三維光子晶體圖案。這些光子晶體圖案不僅具有可見(jiàn)光下的結(jié)構(gòu)色,而且通過(guò)紫外光照及化學(xué)處理后,亦可發(fā)出熒光。這是因?yàn)樵谧贤夤獾淖饔孟?殼層的光敏基元發(fā)生光分解反應(yīng)產(chǎn)生裸露的胺基,與熒光胺作用后可發(fā)出熒光。4.制備了以氨基甲酸酯類(lèi)光敏基元作為響應(yīng)性基團(tuán)的反蛋白石薄膜,并對(duì)其特異性響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探究。在紫外光照射下,反蛋白石薄膜結(jié)構(gòu)中的氨基甲酸酯類(lèi)光敏基元發(fā)生光分解反應(yīng),產(chǎn)生具有親水性的胺基,與水蒸氣作用后,反蛋白石的晶格間距及孔隙折射率發(fā)生變化,光子帶隙發(fā)生紅移。此外,基于對(duì)水蒸氣的響應(yīng)特性,采用局部曝光的方法制備出反蛋白石薄膜圖案。曝光區(qū)域的反蛋白石發(fā)生光分解產(chǎn)生具有親水性的胺基,與水蒸氣作用后,光子帶隙發(fā)生紅移;未曝光區(qū)域的反蛋白石與水蒸氣作用后,光子帶隙不發(fā)生變化,進(jìn)而形成反蛋白石薄膜圖案。當(dāng)薄膜干燥后,圖案消失。5.以對(duì)365 nm紫外光響應(yīng)的光子晶體為基礎(chǔ),與具有電熱效應(yīng)的圖案化石墨層復(fù)合,分別在玻璃和紙板基材上構(gòu)建出具有可逆光/電響應(yīng)特性的光子晶體器件。器件在紫外光照后,光子晶體殼層的光敏基元發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng),發(fā)出熒光。經(jīng)過(guò)局部通電后,利用圖案化石墨層的電熱效應(yīng),通電與未通電區(qū)域的溫度造成差異,通電區(qū)域緣于光子晶體溫度升高,發(fā)生閉環(huán)反應(yīng)熒光消失,從而與未通電區(qū)域形成光子晶體熒光圖案。斷電后待溫差消失,再次經(jīng)過(guò)紫外光照,殼層的光敏基元再次發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)從而發(fā)出熒光,使得光子晶體熒光圖案消失�；诠庾泳w器件的可逆光/電響應(yīng)機(jī)理特性,使其具有動(dòng)態(tài)顯示效果。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O734
【圖文】：

邐３－Ｄ逡逑寒ＩＰ邋＿逡逑圖１－１光子晶體的分類(lèi)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＣｓ．逡逑一維光子晶體，一般是有兩種不同介電常數(shù)或折射率的材料交替疊加而成，逡逑其周期性結(jié)構(gòu)變化發(fā)生在一個(gè)特定方向上，進(jìn)而產(chǎn)生光子帶隙，反射出特定波長(zhǎng)逡逑的光。在自然界中，存在著很多一維光子晶體，如大多數(shù)植物的葉子，昆蟲(chóng)的殼，逡逑鳥(niǎo)類(lèi)的羽毛［２５］，均具有鮮艷的結(jié)構(gòu)色，如圖１－２所示。逡逑圖１－２邋（ａ）野西瓜花的掃描電鏡圖及實(shí)物照片；（ｂ）昆蟲(chóng)殼的掃描電鏡圖及實(shí)物照片；（ｃ）逡逑大閃蝶翅膀的掃描電鏡圖及實(shí)物照片。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋（ａ）邋ＳＥＭ邋ａｎｄ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｗｉｌｄ邋ｗａｔｅｒｍｅｌｏｎ邋ｆｌｏｗｅｒｓ，邋（ｂ）邋ＳＥＭ邋ａｎｄ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ逡逑ｉｎｓｅｃｔ邋ｓｈｅｌｌ，邋（ｃ）邋ＳＥＭ邋ａｎｄ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｍｏｒｐｈｏ邋ｗｉｎｇｓ．逡逑此外，人們也人工合成了很多一維光子晶體，如膽留相液晶光子薄膜。液晶逡逑分子在垂直于螺旋軸的方向?qū)訉优帕虚_(kāi)來(lái)

二維光子晶體，是由兩種不同介電常數(shù)或折射率的介質(zhì)棒交替排列而成，其逡逑周期性結(jié)構(gòu)變化發(fā)生在某兩個(gè)維度上。大自然中同樣存在著很多二維光子晶體，逡逑比如一些昆蟲(chóng)的眼睛，如飛蛾和某些蝴蝶的復(fù)眼（如圖１－４邋（ａ）），是由圓柱形凸逡逑起堆積而成的六角形納米陣列［２７］。自然界的一些二維光子晶體不具有鮮艷的結(jié)構(gòu)逡逑色，但是其特殊結(jié)構(gòu)具有減少反射的作用，提高動(dòng)物的視覺(jué)效率，降低被捕的可逡逑能性。例如Ａｐｈｒｏｄｉｔｅ蠕蟲(chóng)的體毛，其結(jié)構(gòu)如圖１－４邋（ｂ）所示，是一種具有周期逡逑性結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)纖維＠］。二維光子晶體除了具有結(jié)構(gòu)色和減少反射的作用外，由于其逡逑特殊的結(jié)構(gòu)，還具有自清潔的功能［２９］。逡逑３逡逑

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本文編號(hào)：2717076