專利名稱：一種一維光子晶體微球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一維光子晶體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種一維光子晶體微球及其制備方法。
背景技術(shù)：
自然界中的生命具有億萬年的進化歷史，向自然學(xué)習(xí)是新材料發(fā)展永恒的主題，從生物中獲得啟發(fā)實現(xiàn)微觀和宏觀的統(tǒng)一，模擬生物體特異性功能的某一個方面，實現(xiàn)新材料的設(shè)計和制備，是向自然學(xué)習(xí)的新理念。珍珠是自然界中天然存在的層狀多級結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其優(yōu)異的機械性能來源于構(gòu)成珍珠的有機無機交替排列有序的層狀結(jié)構(gòu)。天然珍珠層狀結(jié)構(gòu)的仿生制備和應(yīng)用一直是大家研究的熱點，已經(jīng)出現(xiàn)了通過有機分子自組裝模擬生物礦化作用制備珍珠結(jié)構(gòu)新型材料的工作，但是這些工作都局限在平面上自組裝制備層狀有序的復(fù)合薄膜，真正仿生制備球狀珍珠結(jié)構(gòu)的工作鮮有問世。同樣的，一維光子晶體也是由層狀有序結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，它是不同折射率的介質(zhì)在一維維度上周期性排列形成的微結(jié)構(gòu)。自然界中如蝴蝶的翅膀和貝殼中就存在這樣的一維光子晶體結(jié)構(gòu)，這樣的光子晶體結(jié)構(gòu)通常都具有鮮亮的結(jié)構(gòu)色。但是，人工制備一維光子晶體的工作同樣局限于在平面制備一維光子晶體，球面的一維光子晶體工作仍然是空白。將天然珍珠和光子晶體的層狀有序結(jié)構(gòu)結(jié)合起來并且制備具有一維光子晶體微球結(jié)構(gòu)的仿生人造珍珠，既可以成功的人工復(fù)制出天然珍珠的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，又可以具備一維光子晶體鮮亮的結(jié)構(gòu)色，實現(xiàn)了良好的機械性能和光學(xué)性能的完美結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種具有一維光子晶體結(jié)構(gòu)的一維光子晶體微球，它同時解決了人工難以仿生制備球形仿珍珠層狀結(jié)構(gòu)以及人工難以制備球形一維光子晶體結(jié)構(gòu)的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種一維光子晶體微球，包括球形內(nèi)核和一維光子晶體，所述一維光子晶體包裹所述球形內(nèi)核，所述一維光子晶體由不同折射率的介質(zhì)材料層狀有序堆疊而成，所述一維光子晶體交替組裝在球形內(nèi)核表面上。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述球形內(nèi)核的材料選自金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子、金、銀材料中的一種。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述介質(zhì)選擇自金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子中的一種或多種的組合。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述球形內(nèi)核的直徑為I mm至20 mm。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述一維光子晶體的單層厚度為10 nm至200 nm，所述一維光子晶體具有一種或多種可調(diào)的光子禁帶。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個技術(shù)方案是:提供一種制備所述一維光子晶體微球的方法，包括以下步驟:
首先，核體微球材料的選擇步驟:
選擇核體直徑在10 nm至2000 nm之間的納米微球作為制備一維光子晶體微球的內(nèi)核,并且挑選出球形較好的微球；
其次，不同折射率介質(zhì)溶液的配制步驟:
選擇具有不同折射率兩種介質(zhì)，制備成尺寸10 nm至200 nm范圍內(nèi)的介質(zhì)材料的溶液或者溶膠，其濃度在I % - 99 %之間；
再次，一維光子晶體結(jié)構(gòu)的制備步驟:
將挑選出的核體微球材料依次交替浸入具有兩種不同折射率的介質(zhì)配制成的溶液或者溶膠中，反復(fù)包覆多次，從而在核體微球表面形成折射率周期性變化的層層堆疊結(jié)構(gòu)，其中每一層介質(zhì)的厚度在10 nm至200 nm之間，層數(shù)在I層至200層之間。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明具有一維光子晶體結(jié)構(gòu)的一維光子晶體微球同時具有良好的結(jié)構(gòu)色色彩和機械性能。


圖1是本發(fā)明一維光子晶體微球結(jié)構(gòu)示意 附圖中各部件的標(biāo)記如下:1、球形內(nèi)核；2、一維光子晶體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案
在一個實施例中，提供一種一維光子晶體微球，包括球形內(nèi)核I和一維光子晶體2，所述一維光子晶體2包裹所述球形內(nèi)核1，所述一維光子晶體2由不同折射率的介質(zhì)材料層狀有序堆疊而成，所述一維光子晶體2交替組裝在球形內(nèi)核I表面上。優(yōu)選的，所述球形內(nèi)核I的材料選自金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子、金、銀材料中的一種。優(yōu)選的，所述介質(zhì)選擇自金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子中的一種或多種的組合。優(yōu)選的,所述球形內(nèi)核I的直徑為I mm至20 mm的納米微球。優(yōu)選的，所述一維光子晶體2的單層厚度為10 nm至200 nm。優(yōu)選的，所述一維光子晶體2具有一種或多種可調(diào)的光子禁帶，光子禁帶通過調(diào)節(jié)光子晶體周期單層的物理厚度實現(xiàn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個技術(shù)方案是:提供一種制備所述一維光子晶體微球的方法，包括以下步驟:
首先，核體微球材料的選擇步驟:
選擇核體直徑在10 nm至2000 nm之間的納米微球作為制備一維光子晶體2微球的內(nèi)核,并且挑選出球形較好的微球；其次，不同折射率介質(zhì)溶液的配制步驟:
選擇具有不同折射率兩種介質(zhì)，制備成尺寸10 nm至200 nm范圍內(nèi)的介質(zhì)材料的溶液或者溶膠，其濃度在I % - 99 %之間；
再次，一維光子晶體2構(gòu)的制備步驟:
將挑選出的核體微球材料依次交替浸入具有兩種不同折射率的介質(zhì)配制成的溶液或者溶膠中，反復(fù)包覆多次，從而在核體微球表面形成折射率周期性變化的層層堆疊結(jié)構(gòu)，其中每一層介質(zhì)的厚度在10 nm至200 nm之間，層數(shù)在I層至200層之間。優(yōu)選的，所述一維光子晶體2微球的制備方法包括化學(xué)氣相沉積、浸潤涂膜、旋轉(zhuǎn)涂膜、溶液自組裝、全系聚合、朗繆爾-布羅切特自組裝法或?qū)訉幼越M裝法。優(yōu)選的，所述一維光子晶體2的層狀堆疊需要經(jīng)過一個干燥和固化的過程。實施例1具有一維光子晶體2結(jié)構(gòu)的一維光子晶體2微球的制備
該一維光子晶體2結(jié)構(gòu)的一維光子晶體2微球，包括核體微球部分，以及包覆在微球外呈層狀堆疊結(jié)構(gòu)的一維光子晶體2部分。所述的一維光子晶體2結(jié)構(gòu)的一維光子晶體2微球是在核體微球表面交替組裝具有不同折射率的介質(zhì)材料，形成層狀有序的一維光子晶體2結(jié)構(gòu)，從而制備出具有一維光子晶體2結(jié)構(gòu)的一維光子晶體2微球。所述的核體微球部分為金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子、金、銀材料。所述的層狀堆疊結(jié)構(gòu)的一維光子晶體2部分為是由不同折射率的介質(zhì)組成，不同折射率的介質(zhì)選擇自金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子或它們的組合，所述的介質(zhì)包含或者不包含溶膠、凝膠及納米粒子材料。所述的作為一維光子晶體2結(jié)構(gòu)的一維光子晶體2微球,其特征在于所述的一維光子晶體2微球結(jié)構(gòu)制備過程中，每一單層的制備都需要經(jīng)過一個干燥和固化的過程。該人造珍珠通過以下步驟制備:
原料配方如下:
權(quán)利要求
1.一種一維光子晶體微球，其特征在于，包括球形內(nèi)核和一維光子晶體，所述一維光子晶體包裹所述球形內(nèi)核，所述一維光子晶體由不同折射率的介質(zhì)材料層狀有序堆疊而成，所述一維光子晶體交替組裝在球形內(nèi)核表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維光子晶體微球，其特征在于，所述球形內(nèi)核的材料選自金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子、金、銀材料中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維光子晶體微球，其特征在于，所述介質(zhì)選擇自金屬氧化物、無機鹽、聚電解質(zhì)、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子中的一種或多種的組口 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維光子晶體微球，其特征在于，所述球形內(nèi)核的直徑為Imm 至 20 mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維光子晶體微球，其特征在于，所述一維光子晶體的單層厚度為10 nm至200 nm,所述一維光子晶體具有一種或多種可調(diào)的光子禁帶。
6.一種制備權(quán)利要求1-5任一所述一維光子晶體微球的方法,其特征在于,包括以下步驟: 首先，核體微球材料的選擇步驟: 選擇核體直徑在10 nm至2000 nm之間的納米微球作為制備一維光子晶體微球的內(nèi)核,并且挑選出球形較好的微球； 其次，不同折射率介質(zhì)溶液的配制步驟: 選擇具有不同折射率兩種介質(zhì)，制備成尺寸10 nm至200 nm范圍內(nèi)的介質(zhì)材料的溶液或者溶膠，其濃度在I % - 99 %之間； 再次，一維光子晶體結(jié)構(gòu)的制備步驟: 將挑選出的核體微球材料依次交替浸入具有兩種不同折射率的介質(zhì)配制成的溶液或者溶膠中，反復(fù)包覆多次，從而在核體微球表面形成折射率周期性變化的層層堆疊結(jié)構(gòu)，其中每一層介質(zhì)的厚度在10 nm至200 nm之間，層數(shù)在I層至200層之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一維光子晶體微球，包括球形內(nèi)核和一維光子晶體，所述一維光子晶體包裹所述球形內(nèi)核，所述一維光子晶體由不同折射率的介質(zhì)材料層狀有序堆疊而成，所述一維光子晶體交替組裝在球形內(nèi)核表面上，以及所述一維光子晶體微球的制備方法。通過上述方式，本發(fā)明能夠使微球具有一維光子晶體特性。
文檔編號B01J13/02GK103143304SQ20131008130
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者顧忠澤, 劉慈慧, 趙遠錦, 顧洪成 申請人:東南大學(xué)