專利名稱：一種減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法及裝置。
背景技術(shù)：
光子晶體的概念是E.Yablonovich和S.John于1987年分別獨(dú)立提出的，它是由兩種或兩種以上具有不同介電函數(shù)的材料在空間周期性排列而形成的一種人造晶體。光子晶體具有光子帶隙，可調(diào)節(jié)光子在其中的傳播狀態(tài)，這種獨(dú)特的功能使它在集成光子器件和光通訊領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
光子晶體的制備方法主要有微加工刻蝕技術(shù)，利用多光束干涉產(chǎn)生光強(qiáng)周期分布的方法，包括靜電力自組織生長(zhǎng)法，重力沉降法等在內(nèi)的微粒的自組裝方法。但這些方法或是制備工藝復(fù)雜，或是生長(zhǎng)晶體質(zhì)量不高，或是生長(zhǎng)時(shí)間過長(zhǎng)，有的甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)周。
其中，垂直沉積法是自組裝制備高性能的光子晶體薄膜的一條有效途徑(文獻(xiàn)1Jiang P，Bertone JF，Hwang KS，Single-crystal colloidal multilayers of controlledthickness CHEMISTRY OF MATERIALS 11(8)2132-2140，1999，AUG)，與其他自組裝方法相比，其制備的晶體質(zhì)量和制備工藝已有很大改進(jìn)。這種方法是在一定溫度及濕度條件下，將基片垂直插入單分散膠體顆粒的懸濁液中，利用基片上潤(rùn)濕薄膜處溶劑蒸發(fā)所產(chǎn)生的壓力差，將膠體顆粒推向基片并排列成有序的密堆積結(jié)構(gòu)，從而形成膠體顆粒組成的光子晶體薄膜。但是，這種方法存在以下缺點(diǎn)首先，受到膠體顆粒粒徑的限制，僅對(duì)于粒徑在400nm左右的膠體顆粒比較適宜。但對(duì)于粒徑大的膠體顆粒，由于受重力作用，其沉積的速度會(huì)大于溶劑蒸發(fā)的速度，導(dǎo)致膠體顆粒的有序排列被破壞。其次，這種方法生長(zhǎng)1cm長(zhǎng)的晶體薄膜通常需要3～4天，其生長(zhǎng)時(shí)間仍然過長(zhǎng)。
在文獻(xiàn)2J.AM.CHEM.SOC.2003，125，15589-15598，Colloidal Crystal FilmsAdvances in Universality and Perfection，Sean Wong，Vladimir Kitaev，and Geoffrey A.Ozin中報(bào)道了一種垂直沉積法的改進(jìn)方法，該方法是在恒定于接近乙醇的沸點(diǎn)(79.8+/-0.3℃)的溫度條件下，將基片垂直插入單分散二氧化硅膠體顆粒的乙醇懸濁液中，從而形成二氧化硅膠體顆粒組成的光子晶體薄膜。這種方法生長(zhǎng)1cm長(zhǎng)的光子晶體需要大約1～2小時(shí)，并且適用于生長(zhǎng)粒徑1um的二氧化硅膠體顆粒組成的光子晶體。這種方法雖然克服了以往生長(zhǎng)二氧化硅膠體光子晶體存在的兩大缺點(diǎn)，但仍存在很大局限性，其只適用于生長(zhǎng)二氧化硅等無機(jī)材料光子晶體。因?yàn)榇朔椒ㄐ柙诮咏z體溶液的沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行，當(dāng)膠體顆粒是由有機(jī)材料或具有生命活性物質(zhì)組成時(shí)，接近溶劑沸點(diǎn)溫度組裝一方面影響了生命物質(zhì)的活性，另一方面影響了有機(jī)顆粒的形狀，以至于不能完成組裝。例如聚苯乙烯顆粒的水溶液膠體，其中的聚苯乙烯膠體顆粒在高于60℃時(shí)就會(huì)發(fā)生形變，當(dāng)高于80℃時(shí)就會(huì)粘連在一起，到接近水的沸點(diǎn)100℃時(shí)，聚苯乙烯小球已完全形變，不能完成組裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜，不適用于膠體顆粒過大或膠體溶液體系中溶劑沸點(diǎn)過高或膠體顆粒不耐高溫度等情況，以及生長(zhǎng)時(shí)間過長(zhǎng)的缺陷，從而提供一種高效率，易于控制，操作簡(jiǎn)單，生長(zhǎng)光子晶體質(zhì)量高，重復(fù)性好，適用于任何粒徑和種類膠體顆粒的減壓控制溶劑沸點(diǎn)溫度的自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜方法及裝置。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本方法提供一種減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，包括如下的步驟在8～90℃，0.5～50kPa，將單分散的用于光子晶體的膠體溶液，其余步驟按照常規(guī)的垂直沉積法，進(jìn)行1～2小時(shí)的自組裝生長(zhǎng)，得到三維光子晶體薄膜。
所述的用于光子晶體的膠體溶液包括聚苯乙烯、二氧化硅以及其它核殼結(jié)構(gòu)的小球的膠體溶液；所述的聚苯乙烯膠體溶液是聚苯乙烯小球含量為0.03～5.0wt％(重量百分比)的水溶液，其中的聚苯乙烯小球的粒徑為20～1200nm；所述的二氧化硅膠體溶液是二氧化硅、乙醇或/和水的混合溶液，在所述的乙醇、水，或乙醇和水的混合溶液中，二氧化硅小球的含量為0.05～8.0wt％(重量百分比)，其粒徑為20～1200nm；所述的其它核殼結(jié)構(gòu)的小球的膠體溶液包括二氧化硅外包銀(SiO2@Ag)膠體溶液、二氧化硅外包聚苯乙烯(SiO2@PS)膠體溶液、聚苯乙烯外包二氧化硅(PS@SiO2)膠體溶液、金外包二氧化硅(Au@SiO2)膠體溶液、金外包二氧化鈦(Au@TiO2)膠體溶液、銀外包二氧化硅(Ag@SiO2)膠體溶液、銀外包二氧化鈦(Ag@TiO2)膠體溶液；所述的二氧化硅外包銀(SiO2@Ag)膠體溶液是SiO2@Ag小球含量為0.05～10wt％(重量百分比)的水溶液，其中的SiO2@Ag小球粒徑為50～1000nm；所述的二氧化硅外包聚苯乙烯(SiO2@PS)膠體溶液是SiO2@PS小球含量為0.03～6wt％(重量百分比)的水溶液，其中的SiO2@PS小球的粒徑為50～1000nm；所述的聚苯乙烯外包二氧化硅(PS@SiO2)膠體溶液是PS@SiO2小球含量為0.03～6wt％(重量百分比)的水溶液，其中的Ps@SiO2小球的粒徑為50～1000nm；所述的金外包二氧化硅(Au@SiO2)膠體溶液是Au@SiO2小球含量為0.05～10wt％(重量百分比)的水溶液，其中的Au@SiO2小球的粒徑為30～1000nm；所述的金外包二氧化鈦(Au@TiO2)膠體溶液是Au@TiO2小球含量為0.05～10wt％(重量百分比)的水溶液，其中的Au@TiO2小球的粒徑為50～1000nm；所述的銀外包二氧化鈦(Ag@TiO2)膠體溶液是Ag@TiO2小球含量為0.3～15wt％(重量百分比)的水溶液，其中的Ag@TiO2小球的粒徑為30～1000nm；所述的銀外包二氧化硅(Ag@SiO2)膠體溶液是Ag@SiO2小球含量為0.3～15wt％(重量百分比)的水溶液，其中的Ag@SiO2小球的粒徑為50～1000nm。
本發(fā)明提供一種減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的裝置，如圖1所示，包括生長(zhǎng)沉積瓶1，裝于其外部的恒溫裝置2，和固定于生長(zhǎng)沉積瓶1中的載玻片3，其特征在于所述的生長(zhǎng)沉積瓶為一密封的、通過真空抽氣管接頭4及抽氣管5和抽真空系統(tǒng)6相連的沉積瓶。
所述的恒溫裝置可以是各種常規(guī)的恒溫或恒溫加熱裝置。
使用本方法提供的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，在較低的溫度和較短的時(shí)間，即可生長(zhǎng)出1cm長(zhǎng)、5～20層膠體顆粒厚度的三維光子晶體薄膜。
本方法是對(duì)現(xiàn)有的垂直沉積法進(jìn)行的改進(jìn)，通過連接于生長(zhǎng)沉積瓶的真空系統(tǒng)，降低生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的體系內(nèi)的壓力。一方面，利用了降低壓強(qiáng)可降低液體沸點(diǎn)的原理，在恒溫的同時(shí)對(duì)生長(zhǎng)體系抽真空降低壓強(qiáng)，可以使諸如聚苯乙烯小球水溶液等有機(jī)材料或具有生命活性物質(zhì)的顆粒的膠體溶液的沸點(diǎn)降低至對(duì)膠體顆粒形貌及性質(zhì)無影響的溫度，使其在接近此沸點(diǎn)溫度時(shí)生長(zhǎng)光子晶體薄膜，避免了膠體顆粒由于高溫產(chǎn)生的形變，粘連或性質(zhì)改變，從而保證可以得到高性能的光子晶體薄膜。另一方面，對(duì)生長(zhǎng)體系抽真空的同時(shí)，加速了表面液體的蒸發(fā)速度，使得液體內(nèi)部形成快速持續(xù)穩(wěn)定的對(duì)流回路，有利于保持膠體顆粒在溶劑中的分散性，有效的克服了生長(zhǎng)過程中粒徑過大的顆粒下沉過快而破壞晶體質(zhì)量，甚至導(dǎo)致其不能生長(zhǎng)的問題。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、通過降低壓強(qiáng)，降低溶液的沸點(diǎn)，使生長(zhǎng)溫度大大下降，不僅適用于二氧化硅小球的乙醇溶液及其與水混合溶液，金屬顆粒及金屬包覆的二氧化硅小球等各種核殼結(jié)構(gòu)的無機(jī)物小球的膠體水溶液，并且適用于聚苯乙烯等有機(jī)物小球的水溶液，或以其它高沸點(diǎn)的液體為溶劑的膠體溶液等，適用范圍很廣，不受膠體小球材料及溶劑限制。并且對(duì)于生長(zhǎng)帶有生物分子物質(zhì)的粒子(如DNA分子包覆的金小球顆粒)組成的材料，它們的生長(zhǎng)環(huán)境溫度不能過高，本專利所述的方法可通過控制壓強(qiáng)將其生長(zhǎng)溫度降到適宜的溫度，在生物及生命科學(xué)等廣闊領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
2、對(duì)于以水或沸點(diǎn)更高的液體為溶劑的單分散膠體顆粒懸濁液，本專利方法生長(zhǎng)速度比控制溫度和濕度的常壓垂直沉積法晶體生長(zhǎng)速度有顯著提高，僅需1～2小時(shí)即可生長(zhǎng)1cm長(zhǎng)、5～20層膠體顆粒厚度的三維光子晶體薄膜；而常壓技術(shù)生長(zhǎng)這樣的三維光子晶體薄膜至少需要3～4天。
3、不受膠體顆粒粒徑大小的限制，此方法對(duì)于粒徑20nm～1200nm的各種膠體顆粒均適用。
4、本發(fā)明方法大大改善了生長(zhǎng)的光子晶體的光學(xué)質(zhì)量。例如使用此方法制備的235nm聚苯乙烯光子晶體的垂直(111)面入射光的透過率譜如圖2所示，其帶隙中透過率＜2％，導(dǎo)帶中)80％，帶邊陡峭，現(xiàn)有的報(bào)道中，如圖3和圖4所示，此類光子晶體的最陡帶邊斜率為3～4％/nm(文獻(xiàn)3APPLIED PHYSICS LETTERS 78(1)52-54JAN 1 2001，Self-assembling three-dimensional colloidal photonic crystal structure withhigh crystalline quality，Ye YH，LeBlanc F，Hache A，et al.；文獻(xiàn)4APPLIED PHYSICSLETTERS 86(12)121102 MAR 21 2005，F(xiàn)abrication of high quality three-dimensionalphotonic crystals，Hu XY，Liu YH，Tian J，et al.)，而本發(fā)明提供的方法生長(zhǎng)的光子晶體的帶邊斜率達(dá)7％/nm以上，并且晶體厚度可控，重復(fù)性好，比以往報(bào)道的具有顯著提高。
5、本發(fā)明的儀器設(shè)備成本低，操作簡(jiǎn)單，易于控制，重復(fù)性好。


圖1是本發(fā)明的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的裝置的示意圖；其中，1生長(zhǎng)沉積瓶、2恒溫裝置、3載玻片、4接頭、5抽真空管、6抽真空系統(tǒng)；圖2是實(shí)施例1制備的235nm聚苯乙烯光子晶體垂直于(111)面入射光的透過率譜；圖3是為文獻(xiàn)3中方法得到的自組裝生長(zhǎng)310nm聚苯乙烯三維光子晶體垂直于(111)面入射光的透過率譜；圖4是文獻(xiàn)4中方法得到的自組裝生長(zhǎng)240nm聚苯乙烯三維光子晶體垂直于(111)面入射光的透過率譜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1、235nm三維聚苯乙烯光子晶體薄膜的制備在本發(fā)明提供的自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的裝置上進(jìn)行光子晶體薄膜的制備。該裝置如圖1所示，包括生長(zhǎng)沉積瓶1，裝于其外部的恒溫裝置2，和固定于生長(zhǎng)沉積瓶1中的載玻片3，其中，所述的生長(zhǎng)沉積瓶為一密封的、通過真空抽氣管接頭4及抽氣管5和抽真空系統(tǒng)6相連的沉積瓶。所述的恒溫裝置可以是各種常規(guī)的恒溫加熱裝置。
在上述裝置上，利用本發(fā)明提供的恒溫與降低壓強(qiáng)相結(jié)合的方法，自組裝生長(zhǎng)235nm三維聚苯乙烯膠體光子晶體，具體步驟為(1)開啟恒溫加熱裝置2，把溫度設(shè)定在36℃，大約1～2小時(shí)后，恒溫裝置內(nèi)的溫度就會(huì)均勻穩(wěn)定(2)將單分散的聚苯乙烯小球(其粒徑為235nm)含量為0.8wt％(重量百分比)的水溶液注入生長(zhǎng)沉積瓶1中，然后將其超聲分散10～30分鐘；(3)將1mm厚，1cm寬的載玻片3用無水乙醇清洗干凈，插入生長(zhǎng)沉積瓶1內(nèi)，并固定在生長(zhǎng)沉積瓶的中央位置；(4)將生長(zhǎng)沉積瓶1通過一個(gè)與抽氣管5相連的接頭4密封，然后開啟抽真空系統(tǒng)6，使生長(zhǎng)體系內(nèi)的真空度達(dá)到2kPa；(5)將生長(zhǎng)沉積瓶1按豎直方向固定于步驟(1)的恒溫加熱裝置中，幾分鐘后，生長(zhǎng)沉積瓶1內(nèi)溫度達(dá)到36℃；膠體溶液中的聚苯乙烯小球在載玻片3表面進(jìn)行自組裝生長(zhǎng)；
(6)一個(gè)半小時(shí)后取出生長(zhǎng)沉積瓶1，拔下接頭4，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)及恒溫加熱裝置，在載玻片3上生長(zhǎng)出1cm長(zhǎng)、8～20層聚苯乙烯小球組成的三維光子晶體薄膜晶體。
該聚苯乙烯三維光子晶體薄膜晶體在日光下呈顏色均勻的翠綠色。通過測(cè)量其晶體(111)方向入射光的透過率，譜圖如圖2所示，其帶隙中透過率小于2％，導(dǎo)帶中透過率超過80％，帶邊陡峭，帶邊最大斜率大于7％/nm，表明該晶體質(zhì)量相當(dāng)好。圖3是文獻(xiàn)3中方法得到的自組裝生長(zhǎng)310nm聚苯乙烯三維光子晶體垂直于(111)面入射光的透過率譜，圖4是文獻(xiàn)4中方法得到的自組裝生長(zhǎng)240nm聚苯乙烯三維光子晶體垂直于(111)面入射光的透過率譜，如圖所示，這兩種現(xiàn)有方法得到的光子晶體的帶隙中最低透過率小于5％，導(dǎo)帶中最高透過率超過70％，帶邊最大斜率小于4％，與之相比，本專利所述方法制備的光子晶體質(zhì)量明顯更優(yōu)，且制備時(shí)間大大減少。
實(shí)施例2～9、制備一系列不同粒徑的聚苯乙烯三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，制備一系列不同粒徑的聚苯乙烯三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)溫度和壓力如表1所列。
測(cè)量該系列聚苯乙烯光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表1。
表1、不同粒徑的聚苯乙烯三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例10～13、制備一系列不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用二氧化硅乙醇和水的混合溶液，乙醇和水的體積比為1∶9，制備一系列不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)參數(shù)如表2所列。
測(cè)量該系列二氧化硅光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率分別列于表2。
表2、不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例14～17、制備一系列不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用二氧化硅膠體水溶液，制備一系列不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)參數(shù)如表3所列。
測(cè)量該系列二氧化硅光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率分別列于表3。
表3、不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例18～21、制備一系列不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用二氧化硅乙醇溶液，制備一系列不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)參數(shù)如表4所列。
測(cè)量該系列二氧化硅光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率分別列于表4。
表4、不同粒徑的二氧化硅三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例22～26、制備一系列不同粒徑的SiO2@Ag三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用市售的SiO2@Ag水溶液，制備一系列不同粒徑的SiO2@Ag三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)參數(shù)如表5所列。
測(cè)量該系列SiO2@Ag光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表5。
表5、不同粒徑的SiO2@Ag三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例27～31、制備一系列不同粒徑的SiO2@PS三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用市售的SiO2@PS水溶液，制備一系列不同粒徑的SiO2@PS三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)參數(shù)如表6所列。
測(cè)量該系列SiO2@PS光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表6。
表6、不同粒徑的SiO2@PS三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例32～36、制備一系列不同粒徑的PS@SiO2三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用市售的PS@SiO2水溶液，制備一系列不同粒徑的PS@SiO2三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)參數(shù)如表7所列。
測(cè)量該系列PS@SiO2光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表7。
表7、不同粒徑的PS@SiO2三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例37～40、制備一系列不同粒徑的Au@SiO2三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用市售的Au@SiO2水溶液，制備一系列不同粒徑的Au@SiO2三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)參數(shù)如表8所列。
測(cè)量該系列Au@SiO2光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表8。
表8、不同粒徑的Au@SiO2三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例41～44、制備一系列不同粒徑的Au@TiO2三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用市售的Au@TiO2水溶液，制備一系列不同粒徑的Au@TiO2三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)溫度和壓力如表9所列。
測(cè)量該系列Au@TiO22光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表9。
表9、不同粒徑的Au@TiO2三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例45～48、制備一系列不同粒徑的Ag@TiO2三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用市售的Ag@TiO2水溶液，制備一系列不同粒徑的Ag@TiO2三維光子晶體薄膜，其生長(zhǎng)溫度和壓力如表10所列。
測(cè)量該系列Ag@TiO2光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表10。
表10、不同粒徑的Ag@TiO2三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

實(shí)施例49～51、制備一系列不同粒徑的Ag@SiO2粒子三維光子晶體薄膜按照實(shí)施例1中的方法，使用市售的Ni顆粒膠體水溶液，制備一系列不同粒徑的Ag@SiO2三維光子晶體薄膜，其生參數(shù)如表11所列。
測(cè)量該系列Ag@SiO2光子晶體薄膜沿晶體(111)方向入射光的透過率譜，帶隙和導(dǎo)帶中透過率及帶邊最大斜率列于表11。
表11、不同粒徑的Ag@SiO2粒子三維光子晶體薄膜及其光學(xué)性質(zhì)

由上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明提供的方法和裝置，可以實(shí)現(xiàn)在較低的溫度下，以很短的時(shí)間，生長(zhǎng)出高質(zhì)量的各種膠體顆粒粒徑的三維光子晶體薄膜。
權(quán)利要求
1.一種減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，包括如下的步驟在8～90℃，0.5～50kPa，將單分散的用于光子晶體的膠體溶液，按照常規(guī)的垂直沉積法，進(jìn)行1～2小時(shí)的自組裝生長(zhǎng)，得到三維光子晶體薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的用于光子晶體的膠體溶液包括聚苯乙烯、二氧化硅以及其它核殼結(jié)構(gòu)的小球的膠體溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的聚苯乙烯膠體溶液是聚苯乙烯小球含量為0.03～5.0wt％的水溶液，其中的聚苯乙烯小球的粒徑為20～1200nm。
4.如權(quán)利要求1所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的二氧化硅膠體溶液是二氧化硅、乙醇或/和水的混合溶液，其中的二氧化硅小球的含量為0.05～8.0wt％，粒徑為20～1200nm。
5.如權(quán)利要求1所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的其它核殼結(jié)構(gòu)的小球的膠體溶液包括二氧化硅外包銀膠體溶液、二氧化硅外包聚苯乙烯膠體溶液、聚苯乙烯外包二氧化硅膠體溶液、金外包二氧化硅膠體溶液、金外包二氧化鈦膠體溶液、銀外包二氧化硅膠體溶液、銀外包二氧化鈦膠體溶液。
6.如權(quán)利要求5所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的二氧化硅外包銀膠體溶液是二氧化硅外包銀小球含量為0.05～10wt％的水溶液，其中的二氧化硅外包銀小球粒徑為50～1000nm。
7.如權(quán)利要求5所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的二氧化硅外包聚苯乙烯膠體溶液是二氧化硅外包聚苯乙烯小球含量為0.03～6wt％的水溶液，其中的二氧化硅外包聚苯乙烯小球的粒徑為50～1000nm；所述的聚苯乙烯外包二氧化硅膠體溶液是聚苯乙烯外包二氧化硅小球含量為0.03～6wt％的水溶液，其中的聚苯乙烯外包二氧化硅小球的粒徑為50～1000nm。
8.如權(quán)利要求5所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的金外包二氧化硅膠體溶液是金外包二氧化硅小球含量為0.05～10wt％的水溶液，其中的金外包二氧化硅小球的粒徑為30～1000nm；所述的金外包二氧化鈦膠體溶液是金外包二氧化鈦小球含量為0.05～10wt％的水溶液，其中的金外包二氧化鈦小球的粒徑為50～1000nm。
9.如權(quán)利要求5所述的減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，其特征在于所述的銀外包二氧化鈦膠體溶液是銀外包二氧化鈦小球含量為0.3～15wt％的水溶液，其中的銀外包二氧化鈦小球的粒徑為30～1000nm；所述的銀外包二氧化硅膠體溶液是銀外包二氧化硅小球含量為0.3～15wt％的水溶液，其中的銀外包二氧化硅小球的粒徑為50～1000nm。
10.一種減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的裝置，包括一生長(zhǎng)沉積瓶，裝于其外部的恒溫裝置，和固定于生長(zhǎng)沉積瓶中的載玻片，其特征在于所述的生長(zhǎng)沉積瓶為一密封的、通過真空抽氣管接頭及抽氣管和抽真空系統(tǒng)相連的沉積瓶。
全文摘要
本方法涉及一種減壓自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，是在8～90℃，0.5～50kPa，將單分散的用于光子晶體的膠體溶液，按照常規(guī)的垂直沉積法，進(jìn)行1～2小時(shí)的自組裝生長(zhǎng)，得到三維光子晶體薄膜。本發(fā)明還提供一種自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的裝置，包括一生長(zhǎng)沉積瓶，裝于其外部的恒溫裝置，和固定于生長(zhǎng)沉積瓶中的載玻片，其特征在于所述的生長(zhǎng)沉積瓶為一密封的、通過真空抽氣管接頭及抽氣管和抽真空系統(tǒng)相連的沉積瓶。使用本方法提供的自組裝生長(zhǎng)三維光子晶體薄膜的方法，在較低的溫度和較短的時(shí)間，即可生長(zhǎng)出1cm長(zhǎng)、5～20層膠體顆粒厚度的三維光子晶體薄膜，且晶體的光學(xué)質(zhì)量非常好。
文檔編號(hào)C30B7/02GK1936074SQ200510086449
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者孟慶波, 鄭中玉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所