單分散SiO2膠體微球在基材上構(gòu)筑結(jié)構(gòu)色的應(yīng)用與研究.pdf

1、自從光子晶體的概念被提出以來，國內(nèi)外學(xué)者對光子晶體進行了大量的研究，目前光子晶體被運用到多個領(lǐng)域。根據(jù)光子晶體的特點可知，如果光子晶體的禁帶位于可見光范圍內(nèi)，將會產(chǎn)生肉眼可見的結(jié)構(gòu)色。所以，如果能將光子晶體結(jié)構(gòu)生色這一特性運用到紡織領(lǐng)域的染色上面，可以避免傳統(tǒng)紡織染整造成的環(huán)境污染，同時由于結(jié)構(gòu)生色的虹彩效應(yīng)，豐富了紡織染整的色系，因此研究光子晶體在紡織品上的構(gòu)筑和應(yīng)用具有重大的意義。
　　本課題包含從理論研究到實驗方案研究等內(nèi)容

2、，針對該課題本論文進行了以下四個方面的研究工作：首先，對三維光子晶體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色這一物理現(xiàn)象進行理論計算分析。本論文采用等體積簡化的方法，將三維光子晶體簡化為一維層狀結(jié)構(gòu)進行帶隙分析，通過改變光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對比分析了不同條件下的光譜圖的帶隙特征，這些可以為后面光子晶體膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色分析打下一定的理論基礎(chǔ)；其次，采用溶膠-凝膠法制備SiO2膠體納米小球，通過改變實驗條件和反應(yīng)物的比例，制備出粒徑可控，尺寸均一的納米小球；第三，利用前面

3、制備的納米微球，采用垂直自組裝的方法進行光子晶體自組裝。先對不同基材進行親水處理，然后在不同的實驗條件下分別在載玻片和PET基片上組裝光子晶體，隨后對實驗結(jié)果進行了性能分析測試，確定出最佳實驗條件；最后，在前面實驗的基礎(chǔ)上，采用最佳實驗條件，在滌綸織物上進行光子晶體的自組裝，初步實現(xiàn)了光子晶體結(jié)構(gòu)色在紡織品上的應(yīng)用。本課題通過以上研究，得出以下主要結(jié)論：
　　(1)采用等體積法將幾種典型的三維光子晶體晶胞模型簡化為一維的光子晶體，

4、采用傳輸矩陣法進行了帶隙的計算分析。發(fā)現(xiàn)簡化后的一維模型與三維晶胞的光譜特征一致，隨著粒徑的增大，光子帶隙向光波較長的方向移動；厚度增大，中心波長位置不變；并且面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）的一維與三維的光譜圖吻合效果最好。
　　(2)如果要得到不同的結(jié)構(gòu)色，需要控制SiO2膠體球的粒徑。實驗采用溶膠凝膠法制備SiO2膠體球，通過改變氨水和TEOS的用量比例，成功制備了粒徑從200nm-400nm的膠體納米小球，PDI均小于5％。

5、　　(3)在載玻片和PET基片上采用垂直沉降法成功制備三原色光子晶體結(jié)構(gòu)色。通過改變實驗條件，發(fā)現(xiàn)溫度在45℃，濃度為1％時組裝得到的光子晶體結(jié)構(gòu)最好。測試發(fā)現(xiàn)在對應(yīng)的波長范圍內(nèi)有明顯的帶隙出現(xiàn)。改變?nèi)肷浣?，光子晶體的顏色發(fā)生相應(yīng)的變化。
　　(4)在前面實驗的基礎(chǔ)上，采用最佳的實驗條件，在滌綸織物表面進行了光子晶體自組裝，發(fā)現(xiàn)可以產(chǎn)生明顯的結(jié)構(gòu)色，并且在長絲織物的褶皺處最易進行光子晶體自組裝，以此得到了組裝光子晶體的了理論模型。