一種表面粗糙的單分散球形硫化鋅光子晶體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光子晶體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面粗糙的球形硫化鋅光子晶體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1987年，光子晶體的概念被提出后，由于其特殊的性能，引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。光子晶體是一類高低折射率的材料交替排列形成周期性結(jié)構(gòu)，從而特定波長的光線不能通過光子晶體產(chǎn)生的光子帶隙。光子晶體作為一類重要的先進(jìn)光學(xué)材料，在光子晶體反射器件、光子晶體濾波器、發(fā)光二極管和光子晶體光纖等方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景，成為構(gòu)建光子器件的一種重要材料。
[0003]以往光子晶體的構(gòu)筑單元都局限于高度光滑的有機(jī)或無機(jī)微球。在中國發(fā)明專利申請CN201310205537.7公開了一種紅色光子晶體結(jié)構(gòu)色釉的制備方法，主要是通過高度光滑的二氧化硅為結(jié)構(gòu)單元，微球通過垂直沉積的組裝技術(shù)在基體表面獲得由光的折射、干射、散射所引起的人眼對特定波長光線的感知，目前，對于光子晶體的制備大多局限于對高度球形光滑納米顆粒(二氧化硅(S12)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸(PMMA))的改性、包覆、摻雜等。對于異形球的研究則較少，由于粗糙球形狀不是高度對稱，不具備阻礙低光子帶隙形成的光波的衰減，緊密堆砌之后可以形成規(guī)則光滑微球由于對稱結(jié)構(gòu)所不能形成的光子帶隙，得到的光子帶隙更窄，從而擴(kuò)大了光子晶體的應(yīng)用范圍。同時也拓寬了光子晶體的生產(chǎn)領(lǐng)域，使光子晶體的生產(chǎn)不僅局限于規(guī)則的光滑微球還可以通過粗糙微球的有序排列得到。采用均勻沉淀法得到的硫化鋅微球，其操作過程簡單易行，粒徑大小可控。擴(kuò)展了其在涂料、染料或顏料、薄膜領(lǐng)域的應(yīng)用。硫化鋅納米材料具有良好的光催化、紅外、氣敏及光電等性能，因此，硫化鋅光子晶體微球(光子色料)將會有更廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]但是，目前鮮有對利用異形硫化鋅微球來制備光子晶體結(jié)構(gòu)色的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種表面粗糙的球形硫化鋅光子晶體及其制備方法，該方法操作簡單，對設(shè)備要求低，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；經(jīng)該方法制得的球形硫化鋅光子晶體表面高度粗糙，粒徑均一，應(yīng)用廣泛。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明公開的一種表面粗糙的單分散球形硫化鋅光子晶體的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)按(4?15):1的質(zhì)量比取Zn(NO3)2.6H20與聚乙烯吡咯烷酮，加去離子水，充分混合均勻，得到均勻溶液；
[0009]2)按(0.3?0.5)g:50mL的比例，將硫代乙酰胺溶于去離子水中，超聲混合處理，得到硫代乙酰胺水溶液；
[0010]3)將步驟I)制得的均勻溶液與步驟2)制得的硫代乙酰胺水溶液按(I?1.5):I的體積比混勻后，在70?85°C下，水浴反應(yīng)6?9h，制得含有硫化鋅微球的乳濁液，再經(jīng)過洗滌及超聲分散，制得單分散硫化鋅微球的乙醇溶液；
[0011]4)將玻璃基片垂直插入步驟3)制得的單分散硫化鋅微球的乙醇溶液中，并將整個體系恒溫靜置至乙醇完全揮發(fā)后，在玻璃基片表面生成表面粗糙且具有不同色彩的球形硫化鋅光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜。
[0012]步驟I)中是按聚乙烯吡咯烷酮:去離子水=(0.03?0.08) g =10mL的比例加入去離子水。
[0013]步驟I)充分混合均勻是采用磁力攪拌器攪拌25?40min。
[0014]步驟2)中超聲混合處理時間為10?20min。
[0015]步驟3)所述的洗滌是將含有硫化鋅微球的乳濁液先經(jīng)去離子水洗2?4次，再經(jīng)無水乙醇清洗2?4次。
[0016]步驟4)是將整個體系置于40?60°C的真空干燥箱中，靜置30?40h。
[0017]本發(fā)明還公開了采用上述公開的方法制得的表面粗糙的球形硫化鋅光子晶體。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0019]本發(fā)明公開的表面粗糙的球形硫化鋅光子晶體的制備方法，先采用化學(xué)均勻沉淀法，通過控制Zn(NO3)2.6Η20與聚乙烯吡咯烷酮的反應(yīng)配比(4?15:1)，制備出粒徑均一且表面高度粗糙的異形硫化鋅微球納米顆粒，其操作過程簡單易行，粒徑大小可控，且制備方法簡單，重復(fù)性強，易于大規(guī)模制備。通過調(diào)控反應(yīng)時間，藥品濃度等因素，可以達(dá)到低硫化鋅微球粒徑的控制微球的粒徑，可以得到藍(lán)綠、藍(lán)紫、紫紅等多種顏色；再通過垂直沉積法在玻璃基體表面形成有序的光子晶體結(jié)構(gòu)，打破了傳統(tǒng)以粒徑均一的高度光滑的小球排列形成光子晶體的方法，拓寬了光子晶體的產(chǎn)生領(lǐng)域。同時，形成了以往規(guī)則光滑微球由于對稱、尺寸原因所不能形成的光子禁帶，得到更加窄的光子帶隙，因而擴(kuò)大了光子晶體的應(yīng)用范圍。
[0020]經(jīng)本發(fā)明方法制得的球形硫化鋅光子晶體，表面粗糙，硫化鋅微球高度單分散，粒徑均一，在顯示材料、傳感、催化以及各類材料表面著色領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1所得的掃描電鏡圖；
[0022]圖2為實施例2所得的掃描電鏡圖；
[0023]圖3為不同顏色薄膜光學(xué)照片。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0025]實施例1
[0026]一種表面粗糙的球形硫化鋅光子晶體的制備方法，包括以下步驟:
[0027]I)按12:1的質(zhì)量比取Zn(NO3)2.6Η20與聚乙烯吡咯烷酮，按聚乙烯吡咯烷酮:去離子水=0.04g:10mL的比例加入去離子水，用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻溶液；
[0028]2)按0.3g:50mL的比例，將硫代乙酰胺溶于去離子水中，超聲混合處理15min，得到硫代乙酰胺水溶液；
[0029]3)將步驟I)制得的均勻溶液與步驟2)制得的硫代乙酰胺水溶液按1:1的體積比混勻后，在80°C下，水浴反應(yīng)7h，制得含有硫化鋅微球的乳濁液，將乳濁液先用去離子水洗2?4次，再經(jīng)無水乙醇清洗2?4次，然后再經(jīng)過超聲分散，制得單分散硫化鋅微球的乙醇溶液；
[0030]4)將潔凈的玻璃基片垂直插入步驟3)制