本文關鍵詞：介孔膠體光子晶體的制備及應用

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【摘要】：光子晶體是介電常數在空間上呈周期性分布的材料,能量在光子晶體帶隙內的光子,無法被傳播。通過對光子晶體的設計,人們可以實現(xiàn)對光子的調控。膠體光子晶體是由一種或多種單分散膠體粒子組裝而成的有序結構材料。由于制備膠體光子晶體過程方便、快速、有效,因此膠體光子晶體材料得到了廣泛的關注。介孔材料是一類孔徑大小在2-50納米之間的多孔材料,具有比表面積高、孔道結構規(guī)整有序、孔徑大小連續(xù)可調等特點,在分子的吸附、分離,催化反應,電極材料、傳感器、載藥緩釋等領域得到了廣泛的研究和應用。利用介孔材料制備光子晶體,可以將介孔材料的高比表面積、強吸附能力與光子晶體的調制光子的能力相結合,對于可視化吸附、分離過程、氣體傳感、動態(tài)防偽等領域的研究和應用有著重要的意義。因此,本論文合成了單分散性介孔二氧化硅膠體粒子,并利用膠體粒子自組裝制備了各種形貌的介孔膠體光子晶體,并研究了其在氣體檢測、動態(tài)防偽編碼檢測等方面的應用。具體研究內容有：(1)首先合成了單分散實心二氧化硅膠體粒子。并以實心二氧化硅微球為種子,在其表面生長一層均勻的介孔二氧化硅殼層,生成具有高比表面積的單分散介孔二氧化硅膠體粒子。研究了反應條件對介孔二氧化硅膠體粒子單分散性的影響,并進行理論解釋。該方法可很好地控制介孔膠體粒子尺寸,并保持良好的單分散性。(2)以單分散介孔二氧化硅膠體粒子為原料,使用垂直沉積法、微流控的方法制備得到高質量的介孔二氧化硅膠體光子晶體薄膜、微球。利用噴墨打印技術制備圖案化膠體光子晶體,研究了打印墨水組分、打印基底、干燥溫度等參數對于介孔膠體光子晶體圖案的質量的影響。并且研究了介孔膠體光子晶體的氣體響應特性。(3)基于介孔膠體光子晶體膜,將不同熒光分子分別負載在介孔膠體光子晶體的介孔孔道內,制備熒光-介孔膠體光子晶體復合氣體檢測陣列,并開展氣體檢測工作。該傳感陣列能夠根據熒光信號識別區(qū)分各種氣體,并通過反射光譜數據檢測氣體濃度。(4)基于噴墨打印技術,通過在硬性或柔性基底上打印介孔膠體粒子溶液,制備了具有氣體響應性能的介孔膠體光子晶體圖案。該介孔膠體光子晶體圖案對特定的氣體能夠迅速產生顏色變化響應。通過控制介孔二氧化硅膠體粒子的介孔占空比以及粒徑等參數,控制介孔膠體光子晶體圖案的顏色以及氣體響應性顏色變化性質。最終設計并制備了多彩響應變色以及含隱藏圖案的多種介孔膠體光子晶體圖案,并研究了其在防偽中的應用。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O734

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