發(fā)布時間：2017-05-26 11:04

  本文關鍵詞：基于化學反應的多功能光子晶體體系的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光子晶體是一類具有周期性介電常數結構的材料。獨特的周期性結構使得光子晶體能夠對光的傳播進行調制。獨特的內部結構賦予了光子晶體信號自表達的特性。這種性質使光子晶體在光學調控、化學傳感、生物工程等方面具有廣泛的應用。光子晶體獨特的結構與光學特性使其成為一個優(yōu)秀的平臺,可以與多種功能材料相結合。將光子晶體與化學反應相結合是近年來光子晶體研究的前沿熱點�；瘜W反應的多樣性不僅拓寬光子晶體的傳感應用領域,更賦予了光子晶體極大的拓展性�；瘜W反應與光子晶體的光學特性、孔道特性以及信號自表達特性的有機結合,能夠開發(fā)新穎的多功能材料。本文探究了幾種光子晶體結合與不同的化學反應結合所形成的新型多功能材料。首先,基于馬來酰亞胺-巰基的特異性反應與光子晶體的信號自表達特性,發(fā)展了一種高靈敏的乙酰膽堿酯酶活性傳感平臺。該平臺具有較低的乙酰膽堿酯酶檢出極限;同時,受惠于光子晶體便利的操作與裸眼觀察的特性,這種光子晶體平臺能夠適用于多場合的實際應用。此外,基于光敏高分子的選擇性脫保護及化學修飾,發(fā)展了一種平面型反蛋白石光子晶體的圖案化方法。由于化學反應的選擇性,這種光子晶體的圖案化修飾方法無須復雜的物理操作,能夠保持反蛋白石結構的完整性。更為重要的是此方法形成了二維尺度上的化學復雜度,結合光子晶體性質能夠實現(xiàn)諸如二維親疏水梯度結構、動態(tài)可調節(jié)的圖案等復雜應用。最后,我們將二維尺度上的化學復雜度拓展到三維空間中,利用光子晶體微球的擴散刻蝕特性,發(fā)展了一種基于刻蝕-反應的光子晶體微球多功能結構的制備方法。該方法具有很高的結構可調性與多樣性。而三維尺度上的各向異性化學組成與光子晶體性質結合能產生復雜的功能體系,包括三維尺度的親疏水梯度結構、正交化學反應平臺以及具有雙重信號表達的級聯(lián)反應體系等,大大豐富了光子晶體材料的應用領域。本文圍繞化學反應與光子晶體的協(xié)同效應,從各向同性材料發(fā)展到二維乃至三維尺度上的各向異性光子晶體材料,證實了化學反應與光子晶體的有機結合能夠實現(xiàn)非常豐富的功能。基于化學反應與光子晶體兩者兼有的多樣性與拓展性,可在本文的研究基礎上發(fā)展更多復雜功能體系,具有非常廣闊的研究及應用前景。
【關鍵詞】：光子晶體 化學反應 多功能材料 各向異性
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O734
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-25
• 1.1 光子晶體簡介9-15
• 1.1.1 三維光子晶體及其性質9-11
• 1.1.2 三維光子晶體的制備方法11-15
• 1.2 光子晶體在傳感方面的應用15-18
• 1.2.1 基于響應性高分子的三維光子晶體材料15-16
• 1.2.2 基于分子印跡的三維光子晶體材料16
• 1.2.3 基于化學反應的三維光子晶體材料16-18
• 1.3 多層次光子晶體的制備與研究18-23
• 1.3.1 基于基質膨脹的光子晶體層次化技術19-20
• 1.3.2 基于刻蝕的光子晶體層次化技術20-21
• 1.3.3 基于噴墨打印的光子晶體層次化技術21
• 1.3.4 基于電磁場的光子晶體層次化技術21
• 1.3.5 反蛋白石結構上層次化技術21-23
• 1.4 本文的主要研究內容與貢獻23-25
• 1.4.1 本文研究的目標與意義23
• 1.4.2 本論文的結構23-25
• 第2章 SiO_2膠體晶體模板制備25-38
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實驗部分26-37
• 2.2.1 實驗材料與儀器26
• 2.2.2 St?ber法生長SiO_2膠體顆粒的探究26-29
• 2.2.3 溶劑揮發(fā)誘導自組裝制備SiO_2光子晶體模板29-30
• 2.2.4 逐層堆積（LbL）法制備SiO_2光子晶體模板30-34
• 2.2.5 微流控液滴法制備SiO_2光子晶體模板34-37
• 2.3 本章小結37-38
• 第3章 基于馬來酰亞胺的光子晶體乙酰膽堿酯酶活性檢測的研究38-52
• 3.1 引言38-40
• 3.2 實驗部分40-43
• 3.2.1 實驗材料與儀器40
• 3.2.2 含馬來酰亞胺的丙烯酸酯功能單體合成40-42
• 3.2.3 含馬來酰亞胺反蛋白石光子晶體功能材料的制備42
• 3.2.4 含馬來酰亞胺光子晶體對AChE的響應檢測42-43
• 3.3 結果與討論43-51
• 3.3.1 含馬來酰亞胺聚合物反蛋白石光子晶體的表征43-45
• 3.3.2 光子晶體平臺對AChE的檢測性能45-48
• 3.3.3 光子晶體平臺對AChE酶動力學特性的檢測48-50
• 3.3.4 光子晶體平臺對AChE抑制劑的篩選應用50-51
• 3.4 本章小結51-52
• 第4章 基于光敏高分子的三維光子晶體圖案化的研究52-65
• 4.1 引言52-54
• 4.2 實驗部分54-59
• 4.2.1 實驗材料與儀器54
• 4.2.2 相關化合物的合成54-57
• 4.2.3 基于光敏高分子的反蛋白石光子晶體功能材料的制備57-58
• 4.2.4 光敏高分子材料的表征58-59
• 4.3 結果與討論59-64
• 4.3.1 基于NVOC光敏高分子的光子晶體表征59-61
• 4.3.2 三維光子晶體的親疏水梯度圖案制備61
• 4.3.3 三維光子晶體的動態(tài)圖案制備61-64
• 4.4 本章小結64-65
• 第5章 基于刻蝕 -反應的光子晶體微球功能體系的研究65-86
• 5.1 引言65-67
• 5.2 實驗部分67-74
• 5.2.1 實驗材料與儀器67
• 5.2.2 相關化合物的合成67-72
• 5.2.3 利用刻蝕 -反應法制備具有空間化學復雜度的光子晶體微球方法72
• 5.2.4 光子晶體微球內三維親疏水梯度結構的制備72-73
• 5.2.5 具有正交化學活性的光子晶體微球的制備73
• 5.2.6 光子晶體微球級聯(lián)反應體系的制備73-74
• 5.3 結果與討論74-84
• 5.3.1 刻蝕 -反應法制備多層結構光子晶體微球的表征74-78
• 5.3.2 具有三維親疏水梯度的光子晶體微球材料及其表征78-80
• 5.3.3 具有正交化學活性的光子晶體微球材料及其表征80-82
• 5.3.4 級聯(lián)反應的光子晶體微球材料及其表征82-84
• 5.4 本章小結84-86
• 第6章 總結與展望86-88
• 6.1 本文總結86-87
• 6.2 展望87-88
• 參考文獻88-98
• 致謝98-100
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果100-101

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