一種鎳反蛋白石結構光子晶體及其製備方法
2023-07-07 01:31:01 1
專利名稱：一種鎳反蛋白石結構光子晶體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種光電子材料及其製備方法。適用於光子器件、表面等離子體、光通 信、太陽能電池、催化材料及電池電極等領域。
背景技術：
自光子晶體概念提出以來，目前已成為信息功能材料研究中的前沿課題，引起了 物理、化學、電子、光學等領域的科學家的廣泛興趣。光子晶體的最根本特徵是具有光子禁 帶和光子局域，光子晶體的這兩個特性使其具有了大量的潛在應用，諸如子光晶體光纖，光 子晶體微諧振腔、濾波器，光子晶體雷射器，高效率發光二極體，光路光波導等。光子晶體之 所以引起巨大的關注，正是因為它誘人的應用前景。經過十幾年的研究歷程，建立了很多光 子晶體的有源和無源光學器件模型，並且已經有部分光子晶體產品，這其中包括光子晶體 光纖和一些微波器件等，二維光子晶體為核心的光學集成晶片已經沒有製備上的困難，已 經可以低成本量產。因此光子晶體在光子集成領域也將大有可為。在光子晶體的研究中， 大量的理論分析、器件設計等工作一直在不斷的深入，通過微加工等方法也可以滿足光頻 以外的應用。但是目前一直制約光子晶體進一步發展的是光子晶體的材料製備問題，其中 最主要的就是具有完全光子禁帶的三維反蛋白石結構光子晶體的製備。目前的製備方法大 部分依賴於微加工，對實驗設備要求高，成本昂貴，不適於大量製造，因此需要發展出一種 簡便高效的三維反蛋白石結構光子晶體製備方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種製備鎳反蛋白石結構光子晶體的簡便制 備方法。本發明的技術方案一種鎳反蛋白石結構光子晶體，該光子晶體的材料成分是鎳，結構是反蛋白石結 構。一種鎳反蛋白石結構光子晶體的製備方法，其製備方法包括步驟一，清洗IT0玻璃基片，吹乾後待用；步驟二，製備膠粒固相濃度為2. 4%。的聚苯乙烯微球直徑為50nm 2 y m的懸濁 液，並將其放入第一個容器中；步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入步驟二的懸濁液中；步驟四，將步驟三放入懸濁液中的IT0玻璃基片的第一容器放入恆溫培養箱，溫 度控制在45°C 50°C，240h後，聚苯乙烯微球懸濁液中的水蒸乾，製得三維膠體晶體模板；步驟五，利用三維膠體晶體模板製備鎳反蛋白石結構光子晶體；用三維膠體晶體模板製備鎳反蛋白石結構光子晶體的步驟步驟A，配製密度分別為 NiS04 2. 13mol/L,Ni (Cl)2 0. 35mol/L 和 H3B030 . 43mol/L 混合溶液，並放入第二容器中；
步驟B，將步驟四製備的三維膠體晶體模板，置入步驟A製備的混合溶液中；使用 三電極系統在三維膠體晶體模板中進行金屬鎳電化學沉積；步驟C，用甲苯溶劑浸泡步驟B製得的樣品，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶 解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結構光子晶體。本發明的有益效果本發明利用製備工藝已發展成熟的膠體晶體作為模板結合傳統的電化學沉積的 方法，通過在膠體晶體模板中電沉積填充金屬鎳，然後去除膠體晶體模板，實現模板的反覆 制，最後得到鎳的反蛋白石結構光子晶體。另外，還可以通過改變膠體晶體模板微球的直徑 來調節反蛋白石結構的孔的直徑，達到調節光子帶隙的目的。
圖1低倍的鎳反蛋白石結構光子晶體的掃描電子顯微鏡照片。圖2高倍的鎳反蛋白石結構光子晶體的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式一種鎳反蛋白石結構光子晶體，該光子晶體的材料成分是鎳，結構是反蛋白石結 構。製備方法的實施方式一一種鎳反蛋白石結構光子晶體的製備方法，其製備方法包括步驟一，首先將lcmX5cm的IT0玻璃片用洗潔精和水的混合溶液浸泡一天，然後 依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗，吹風機吹乾後待用。步驟二，在清洗乾淨的稱量瓶中放入10ml純淨水，然後用移液器吸取固相濃度為 12%的聚苯乙烯微球(微球直徑240nm)溶液200 yl加入稱量瓶中，製得膠粒固相濃度為 2. 4%。的懸濁液待用。步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入稱量瓶，每個稱量瓶中 放入兩個對稱的IT0玻璃基片。步驟四，把放置有IT0玻璃基片的稱量瓶放入電熱恆溫培養箱(DH2500，AB型)， 溫度控制在45°C，蒸乾沉積過程中避免振動，240h後溶劑蒸乾製得三維膠體晶體模板。步驟五，利用三維膠體晶體模板製備反蛋白石結構光子晶體步驟A，配製反應溶液，反應溶液為 NiS04 2. 13mol/L，Ni (Cl)2 0. 35mol/L，H3B03 0.43mol/L ；步驟B，使用三電極系統通過電化學沉積法在膠體晶體中沉積金屬鎳，其中表面覆 有膠體晶體的IT0玻璃為工作電極，鉬片為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，電化 學工作站使用的是上海辰華Chi660A電化學工作站，反應電流為1. 5mA，持續反應15分鐘， 反應過程中保持60°C恆溫；步驟C，將步驟B製得的樣品放至盛有甲苯溶劑的20ml稱量瓶中，將樣品全部浸 泡，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結構光子晶體。製備方法的實施方式二一種鎳反蛋白石結構光子晶體的製備方法，其製備方法包括
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步驟一，首先將lcmX5cm的IT0玻璃片用洗潔精和水的混合溶液浸泡一天，然後 依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗，吹風機吹乾後待用。步驟二，在清洗乾淨的稱量瓶中放入10ml純淨水，然後用移液器吸取固相濃度為 12%的聚苯乙烯微球(微球直徑2iim)溶液200iU加入稱量瓶中，製得膠粒固相濃度為 2. 4%。的懸濁液待用。步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入稱量瓶，每個稱量瓶中 放入兩個對稱的IT0玻璃基片。步驟四，把放置有IT0玻璃基片的稱量瓶放入電熱恆溫培養箱(DH2500，AB型))， 溫度控制在50°C，蒸乾沉積過程中避免振動，240h後溶劑蒸乾製得三維膠體晶體模板。步驟五，利用三維膠體晶體模板製備反蛋白石結構光子晶體步驟A，配製反應溶液，反應溶液為 NiS04 2mol/L，Ni (CI) 2 0. 2mol/L，H3B03 0.2mol/L ；步驟B，使用三電極系統通過電化學沉積法在膠體晶體中沉積金屬鎳，其中表面覆 有膠體晶體的IT0玻璃為工作電極，鉬片為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，電化 學工作站使用的是上海辰華Chi660A電化學工作站，反應電流為1. 3mA，持續反應10分鐘， 反應過程中保持60°C恆溫；步驟C，將步驟B製得的樣品放至盛有甲苯溶劑的20ml稱量瓶中，將樣品全部浸 泡，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結構光子晶體。製備方法的實施方式三一種鎳反蛋白石結構光子晶體的製備方法，其製備方法包括步驟一，首先將lcmX5cm的IT0玻璃片用洗潔精和水的混合溶液浸泡一天，然後 依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗，吹風機吹乾後待用。步驟二，在清洗乾淨的稱量瓶中放入10ml純淨水，然後用移液器吸取固相濃度為 12%的聚苯乙烯微球(微球直徑240nm)溶液200 yl加入稱量瓶中，製得膠粒固相濃度為 2. 4%。的懸濁液待用。步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入稱量瓶，每個稱量瓶中 放入兩個對稱的IT0玻璃基片。步驟四，把放置有IT0玻璃基片的稱量瓶放入電熱恆溫培養箱(DH2500，AB型))， 溫度控制在50°C，蒸乾沉積過程中避免振動，240h後溶劑蒸乾製得三維膠體晶體模板。步驟五，利用三維膠體晶體模板製備反蛋白石結構光子晶體步驟A，配製反應溶液，反應溶液為 NiS04 3mol/L，Ni (CI) 2 0. 5mol/L，H3B03 0.5mol/L ；步驟B，使用三電極系統通過電化學沉積法在膠體晶體中沉積金屬鎳，其中表面覆 有膠體晶體的IT0玻璃為工作電極，鉬片為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，電化 學工作站使用的是上海辰華Chi660A電化學工作站，反應電流為1.6mA，持續反應20分鐘， 反應過程中保持60°C恆溫；步驟C，將步驟B製得的樣品放至盛有甲苯溶劑的20ml稱量瓶中，將樣品全部浸 泡，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結構光子晶體。
權利要求
一種鎳反蛋白石結構光子晶體，其特徵在於該光子晶體的材料成分是鎳，結構是反蛋白石結構。
2.一種鎳反蛋白石結構光子晶體的製備方法，其製備方法包括 步驟一，清洗IT0玻璃基片，吹乾後待用；步驟二，製備膠粒固相濃度為2. 4%。的聚苯乙烯微球直徑為50nm 2 y m的懸濁液，並 將其放入第一個容器中；步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入步驟二的懸濁液中； 步驟四，將步驟三放入懸濁液中的IT0玻璃基片的第一容器放入恆溫培養箱，溫度控 制在45°C 50°C，240h後，聚苯乙烯微球懸濁液中的水蒸乾，製得三維膠體晶體模板； 步驟五，利用三維膠體晶體模板製備鎳反蛋白石結構光子晶體； 其特徵在於利用三維膠體晶體模板製備鎳反蛋白石結構光子晶體的步驟 步驟 A，配製密度分別為 NiS04 2. 13mol/L,Ni (Cl)2 0. 35mol/L 和 H3B030 . 43mol/L 混合 溶液，並放入第二容器中；步驟B，將步驟四製備的三維膠體晶體模板，置入步驟A製備的混合溶液中；使用三電 極系統在三維膠體晶體模板中進行金屬鎳電化學沉積；步驟C，用甲苯溶劑浸泡步驟B製得的樣品，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取 出，清洗，即得到鎳反蛋白石結構光子晶體。
全文摘要
一種鎳反蛋白石結構光子晶體及其製備方法，涉及一種光電子材料及其製備方法。該光子晶體的材料成分是鎳，結構是反蛋白石結構。利用三維膠體晶體模板製備鎳反蛋白石結構光子晶體的步驟步驟A，配製密度分別為NiSO42.13mol/L，Ni(Cl)2 0.35mol/L和H3BO3 0.43mol/L混合溶液，並放入第二容器中；步驟B，將步驟四製備的三維膠體晶體模板，置入步驟A製備的混合溶液中；使用三電極系統在三維膠體晶體模板中進行金屬鎳電化學沉積；步驟C，用甲苯溶劑浸泡步驟B製得的樣品，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結構光子晶體。該製備方法簡便。適用於光子器件、表面等離子體、光通信、太陽能電池、催化材料及電池電極等領域。
文檔編號C30B30/02GK101892520SQ20101024095
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者何大偉, 富鳴, 王永生, 趙愛倫, 陶穎鐳 申請人:北京交通大學