專利名稱：在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面制備無裂紋光子晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高質(zhì)量無裂紋光子晶體的制備方法，特別涉及在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面制備高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體，及制備高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的方法。
背景技術(shù)：
“光子晶體”這一概念首次被提出是在1987年，這種折光指數(shù)周期性排列的材料對光子具有特殊的調(diào)控能力，這一點使其在光學(xué)器件、全色顯示、生化檢測等領(lǐng)域具有廣泛而深遠的應(yīng)用前景。早期光子晶體的制備多采用微加工的方法，這種方法較為復(fù)雜，且成本較高。并且近年來，由于微加工方法本身的技術(shù)瓶頸，這一傳統(tǒng)的制備光子晶體的方法越來越難以滿足光子晶體在可見光區(qū)以及更短波長范圍內(nèi)的應(yīng)用。這時，通過膠體小球自組裝制備得到光子晶體的方法，由于其操作方法簡便，成本價格低廉，引起了研究人員的廣泛而濃厚的研究興趣。然而，通過膠體粒子自組裝制備光子晶體的過程中，乳膠粒子會由于干燥收縮以及粒子間的相互作用而在基材表面發(fā)生移動，但基材與乳膠粒子間的黏滯力又阻止了乳膠粒子的移動，因此會在光子晶體的內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，并最終導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。這種裂紋的產(chǎn)生嚴(yán)重破壞了光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)，破壞了光子晶體的光學(xué)特性，極大地限制了其在各領(lǐng)域的實際應(yīng)用 。研究者們?yōu)榻鉀Q這一問題已經(jīng)開展了一系列的工作。例如:采用特殊模板輔助自組裝過程(c.J.Jin, N.P.Johnson, Nano Lett.2005，5，2646-2650)、在自組裝之前將乳膠粒子通過高溫進行預(yù)收縮(D.J.Norris, Appl.Phys.Lett.2004，84，3573-3575)以及避免干燥過程(T.Sawada, Adv.Funct.Mater.2005, 25 ;Τ.Sawada, Langmuir 2009,13315)等方法從防止乳膠粒收縮的角度，避免裂紋的產(chǎn)生；或者，采用在液體表面進行自組裝(Zentel R.，Chem.Mater.2002，14，4023-4025)以及通過特殊物質(zhì)誘導(dǎo)光子晶體從高堆積密度鏡面向低堆積密度晶面轉(zhuǎn)變(B.Hatton, L.Mishchenko, S.Davis, K.H.Sandhage,J.Aizenberg,PNAS, 2010,107, 23,10355)使乳膠粒子各向同性收縮，不在基材上發(fā)生移動，由此避免了光子晶體在自組裝過程中產(chǎn)生裂紋的問題。然而，上述這些避免光子晶體裂紋的方法中，或多或少地存在以下幾個缺點:1.成本相對較高，制備過程繁瑣；2.對環(huán)境有污染，存在安全隱患；3.在低堆積密度晶面上雖然避免了裂紋，卻沒有解決高堆積晶面上裂紋的問題；4.都僅適用于某些特定的乳膠粒子，不具有普適性。為了進一步推動光子晶體的實際應(yīng)用，簡單、經(jīng)濟、環(huán)保、安全的普適性制備方法一直以來都是科研工作者不懈努力的研究方向。中科院化學(xué)所的宋延林研究組將單分散乳膠粒通過重力沉積方法，在采用特殊方法制備得到的物體超疏水表面上進行自組裝，制備得到了大面積自支撐無裂紋的光子晶體。本發(fā)明在該工作的基礎(chǔ)上，簡化甚至省去了制備物體超疏水表面的步驟，將乳膠粒子通過重力沉積方法組裝在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面上，制備得到了大面積、高質(zhì)量、自支撐、無裂紋的光子晶體，本發(fā)明操作簡單、成本低廉、環(huán)境友好，并且具有非常好的普適性，這對于推動光子晶體的實際應(yīng)用具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、成本低廉、環(huán)境友好，并且具有很好普適性的在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面制備聞質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體，及制備高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的方法。本發(fā)明的在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面制備無裂紋光子晶體的方法:將單分散微球分散在水中形成乳液，在溫度為5 95°C、濕度為5 95%的條件下，將乳液置于超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面，依靠乳液中單分散微球自身的重力作用進行沉積，便可以簡便地在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面上制備得到由上述單分散微球自組裝形成的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體作為犧牲模板，在構(gòu)成所述犧牲模板的單分散微球之間的空隙中填充功能性物質(zhì)之后，再進一步除去所述的犧牲模板，就能夠制備得到高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。在所述的作為犧牲模板的單分散微球之間的間隙中填充功能性物質(zhì)的方法選自滴涂、浸涂、電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積及提拉填充法中的一種。所述的除去所述的犧牲模板所采用的方法選自煅燒、有機溶劑(如:甲苯或四氫呋喃等)溶解及氫氟酸溶解方法中的一種或幾種。所述的煅燒溫度優(yōu)選是160°C 600°C。所述的超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面與水的接觸角> 120°。所述的超疏水生物體選自荷葉、稻葉、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛中的一種。所述的超疏水仿生物體是將所述的超疏水生物體作為模板(利用上述超疏水生物體的表面復(fù)型)，通過復(fù)型的方法制備得到表面具有荷葉、稻葉、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛的結(jié)構(gòu)中的一種的聚合物體(如將荷葉作為模板，`通過復(fù)型方法得到的聚二甲基硅氧烷等)。所述的聚合物選自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯中的一種。所述的單分散微球是已知市售產(chǎn)品，其粒徑為80 IlOOnm ;所述的單分散微球在乳液中的質(zhì)量分數(shù)為0.01 30wt%，其它為水。所述的單分散微球是單分散乳膠粒或單分散二氧化硅微球。所述的單分散乳膠粒選自單分散聚苯乙烯乳膠粒、單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒、單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)聚合物乳膠粒中的一種。本發(fā)明的制備方法得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的光子帶隙在200 2600nm之間；所述的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體選自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)和二氧化硅中的一種。所述的功能性物質(zhì)是無機氧化物的溶膠、制備固體單質(zhì)的前驅(qū)體、聚合物單體或聚合物中的一種。所述的無機氧化物的溶膠選自SiO2溶膠、TiO2溶膠和ZnO溶膠等中的一種。所述的制備固體單質(zhì)的前驅(qū)體選自制備Si的前驅(qū)體乙硅烷、制備C的前驅(qū)體蔗糖和制備Ge的如驅(qū)體乙錯燒等中的一種。所述的聚合物單體是吡咯等。所述的聚合物是環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂等。本發(fā)明的制備方法得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的光子帶隙在150 2500nm之間；所述的高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是無機氧化物，選自Si02、Ti02和ZnO等中的一種；或者所述的高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是固體單質(zhì)，選自S1、C和Ge等中的一種；或者所述的高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是聚合物，選自聚吡咯、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂等中的一種。本發(fā)明的制備方法具有操作簡單、成本低廉、環(huán)境友好、普適性好等優(yōu)點。此外，由本發(fā)明所得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的及高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體，由于晶面(111)面是最容易產(chǎn)生裂紋的晶面，在本發(fā)明所制備的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的及高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的最高堆積密度的(111)面不存在裂紋，由此可以保證在所制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的及高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體中的所有晶面都不存在裂紋。由于避免了裂紋的漫反射作用，從而使所制備的光子晶體的反射光譜窄化，峰強提高，由此提高了高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的及高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的光學(xué)性能。所制備的光子晶體可以自支撐，無所依附的基底。上述這三方面的優(yōu)點可以推動光子晶體在高效光學(xué)器件、集成光路、全色顯示以及高靈敏光學(xué)、生化檢測器等領(lǐng)域的實際應(yīng)用。


圖1.本發(fā)明實施例4的在荷葉表面，單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒靠自身的重力進行沉積制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的數(shù)碼照片。圖2.本發(fā)明實施例4的在荷葉表面，單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠?？孔陨淼闹亓M行沉積制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的放大倍數(shù)為20000倍的掃描電鏡照片。

圖3.本發(fā)明實施例4的在荷葉表面，單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠?？孔陨淼闹亓M行沉積制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的放大倍數(shù)為50倍的掃描電鏡照片。圖4.本發(fā)明實施例4的在荷葉表面，單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒靠自身的重力進行沉積制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的反射光譜。
具體實施例方式實施例1.
將粒徑為SOnm的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為0.01wt% )，將所得到的乳液在溫度為5°C、濕度為5%的條件下置于荷葉的表面(荷葉的表面與水的接觸角為145° )，靠所述的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在荷葉的表面制備得到由所述的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于200nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的三嵌段共聚物聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的三嵌段共聚物聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體作為犧牲模板，將SiO2溶膠滴涂在構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒之間的空隙中，在500°c下進行煅燒，除去所述的犧牲模板，得到光子禁帶位于150nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋SiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例2.
將粒徑為IIOOnm的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為30wt% )，將所得到的乳液在溫度為95°C、濕度為95%的條件下置于稻葉的表面(稻葉的表面與水的接觸角為135° )，靠所述的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在稻葉的表面制備得到由所述的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于2600nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體作為犧牲模板，將TiO2溶膠用提拉方法填涂到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒之間的空隙中，在500°C下進行煅燒，除去所述的犧牲模板，得到光子禁帶位于2500nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例3.
將粒徑為IlOOnm的單分散聚苯乙烯乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為30wt% )，將所得到的乳液在溫度為60°C、濕度為60%的條件下置于蝴蝶翅膀的表面(蝴蝶翅膀的表面與水的接觸角為130° )，靠所述的單分散聚苯乙烯乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在蝴蝶翅膀的表面制備得到由所述的單分散聚苯乙烯乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于2600nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯光子晶體作為犧牲模板，將TiO2溶膠用提拉方法填涂到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚苯乙烯乳膠粒之間的空隙中，在500°C下進行煅燒，除去所述的犧牲模板，得到光子禁帶位于2500nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例4.
將粒徑為245nm的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為20wt% )，將所得到的乳液在溫度為60°C、濕度為60%的條件下置于荷葉的表面(荷葉的表面與水的接觸角為145° )，靠所述的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在荷葉的表面制備得到由所述的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于650nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)光子晶體。如圖1-4所示。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體作為犧牲模板，將ZnO溶膠滴涂到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒之間的空隙中，在450°C下進行煅燒，除去所述的犧牲模板， 得到光子禁帶位于510nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。
實施例5.
將粒徑為720nm的單分散二氧化硅微球超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為5wt% )，將所得到的乳液在溫度為40°C、濕度為60%的條件下置于孔雀羽毛的表面(孔雀羽毛的表面與水的接觸角為125° )，靠所述的單分散二氧化硅微球的自身的重力作用進行沉積，在孔雀羽毛的表面制備得到由所述的單分散二氧化硅微球自組裝形成的光子帶隙位于1850nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的二氧化硅光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的二氧化硅光子晶體作為犧牲模板，將熱固性酚醛樹脂用浸涂的方法填充到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散二氧化硅微球之間的空隙中，在160°C下進行煅燒后，并進一步用氫氟酸溶解掉所述犧牲模板，得到光子禁帶位于1600nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋酚醛樹脂反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例6.
將粒徑為300nm的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為5wt% )，將所得到的乳液在溫度為40°C、濕度為60%的條件下置于將荷葉作為模板，通過復(fù)型的方法制備得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有類似荷葉的結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷的表面與水的接觸角為130° )，靠所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在復(fù)型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制備得到由所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于780nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體作為犧牲模板，將含催化量的濃度為98wt%的濃硫酸催化劑的60wt%蔗糖水溶液作為制備碳的前驅(qū)體，用浸涂的方法填充到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒之間的空隙中，在180°C下進行煅燒后，并進一步用甲苯溶解掉所述犧牲模板，得到光子禁帶位于540nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋碳反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。

實施例7.
將粒徑為440nm的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為5wt% )，將所得到的乳液在溫度為40°C、濕度為60%的條件下置于將稻葉作為模板，通過復(fù)型的方法制備得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有類似稻葉的結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷的表面與水的接觸角為125° )，靠所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在復(fù)型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制備得到由所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于IlOOnm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體作為犧牲模板，將吡咯單體用電化學(xué)沉積的方法填充到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒之間的空隙中，然后用四氫呋喃溶解掉所述犧牲模板，得到光子禁帶位于550nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋聚吡咯反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例8.
將粒徑為440nm的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為5wt% )，將所得到的乳液在溫度為40°C、濕度為60%的條件下置于將蝴蝶翅膀作為模板，通過復(fù)型的方法制備得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有類似蝴蝶翅膀的結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷的表面與水的接觸角為120° )，靠所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在復(fù)型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制備得到由所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于1100nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體作為犧牲模板，將環(huán)氧樹脂填充到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒之間的空隙中，在160°C煅燒后，進一步用四氫呋喃溶解掉所述犧牲模板，得到光子禁帶位于550nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋環(huán)氧樹脂反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例9.
將粒徑為440nm的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為5wt% )，將所得到的乳液在溫度為40°C、濕度為60%的條件下置于將孔雀羽毛作為模板，通過復(fù)型的方法制備得到的聚二甲基硅氧烷的表面(聚二甲基硅氧烷的表面具有類似孔雀羽毛的結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷的表面與水的接觸角為120° )，靠所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒的自身的重力作用進行沉積，在復(fù)型得到的聚二甲基硅氧烷的表面制備得到由所述的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒自組裝形成的光子帶隙位于IlOOnm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體作為犧牲模板，用浸涂的方法，將熱固性酚醛樹脂填充到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒之間的空隙中，在160°C煅燒后，進一步用四氫呋喃溶解掉所述犧牲模板，得到光子禁帶位于550nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋酚醛樹脂反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例10.
將粒徑為440nm的單分散二氧化硅微球超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為5wt% )，將所得到的乳液在溫度為40°C、濕度為60%的條件下置于荷葉的表面(荷葉的表面與水的接觸角為145° )，靠所述的單分散二氧化硅微球的自身的重力作用進行沉積，在荷葉的表面制備得到由所述的單分散二氧化硅微球自組裝形成的光子帶隙位于IlOOnm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的二氧化硅光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的二氧化硅光子晶體作為犧牲模板，用化學(xué)氣相沉積的方法，將制備Si的前驅(qū)體乙硅烷沉積到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散二氧化硅微球之間的空隙中，在600°C煅燒聚合后，進一步用四氫呋喃溶解掉所述犧牲模板，得到光子禁帶位于550nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋Si反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。實施例11.
將粒徑為440nm的單分散二氧化硅微球超聲分散于水中，形成乳液(乳液的濃度為5wt% )，將所得到的乳液在溫度為40°C、濕度為60%的條件下置于荷葉的表面(荷葉的表面與水的接觸角為145° )，靠所述的單分散二氧化硅微球的自身的重力作用進行沉積，在荷葉的表面制備得到由所述的單分散二氧化硅微球自組裝形成的光子帶隙位于IlOOnm的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的二氧化硅光子晶體。將上述制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的二氧化硅光子晶體作為犧牲模板，用化學(xué)氣相沉積的方法，將制備Ge的前驅(qū)體乙鍺烷沉積到構(gòu)成所述犧牲模板的單分散二氧化硅微球之間的空隙中，在300°C煅燒聚合后，進一步用四氫呋喃溶解掉所述犧牲模板，得到光子禁帶位 于550nm的高質(zhì)量自支撐無裂紋Ge反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。
權(quán)利要求
1.一種在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面制備無裂紋光子晶體的方法，其特征是:將單分散微球分散在水中形成乳液，在溫度為5 95°C、濕度為5 95%的條件下，將乳液置于超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面，依靠乳液中單分散微球自身的重力作用進行沉積，在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面上制備得到由上述單分散微球自組裝形成的自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體； 所述的單分散微球是單 分散乳膠?；騿畏稚⒍趸栉⑶颍? 所述的超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面與水的接觸角> 120°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:將制備得到的自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體作為犧牲模板，在構(gòu)成所述犧牲模板的單分散微球之間的空隙中填充功能性物質(zhì)之后，再除去所述的犧牲模板，制備得到自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體； 所述的功能性物質(zhì)是無機氧化物的溶膠、制備固體單質(zhì)的前驅(qū)體、聚合物單體或聚合物中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是:所述的無機氧化物的溶膠選自SiO2溶膠、TiO2溶膠和ZnO溶膠中的一種； 所述的制備固體單質(zhì)的前驅(qū)體選自制備Si的前驅(qū)體乙硅烷、制備C的前驅(qū)體蔗糖和制備Ge的如驅(qū)體乙錯燒中的一種； 所述的聚合物單體是吡咯； 所述的聚合物是環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是:所述的除去所述的犧牲模板所采用的方法選自煅燒、有機溶劑溶解及氫氟酸溶解方法中的一種或幾種； 所述的煅燒溫度是160°C 600°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:所述的超疏水生物體選自荷葉、稻葉、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛中的一種； 所述的超疏水仿生物體是將所述的超疏水生物體作為模板，通過復(fù)型的方法制備得到表面具有荷葉、稻葉、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛的結(jié)構(gòu)中的一種的聚合物體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是:所述的聚合物選自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:所述的單分散微球在乳液中的質(zhì)量分數(shù)為0.01 30wt%，其它為水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或7所述的方法，其特征是:所述的單分散微球的粒徑為80 IlOOnm;所述的單分散乳膠粒選自單分散聚苯乙烯乳膠粒、單分散聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒、單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)聚合物乳膠粒中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:所述的自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的光子帶隙在200 2600nm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征是:所述的自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體選自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)和二氧化硅中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是:所述的自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的光子帶隙在150 2500nm之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求2或11所述的方法，其特征是:所述的支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是無機氧化物，選自Si02、Ti02和ZnO中的一種；或者 所述的自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是固體單質(zhì)，選自S1、C和Ge中的一種；或者 所述的自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是聚合物，選自聚吡咯、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂中的一種。`
全文摘要
本發(fā)明涉及在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面制備無裂紋光子晶體的方法。本發(fā)明采用將單分散微球分散在水中形成乳液，將乳液置于超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面，依靠乳液中單分散微球自身的重力作用進行沉積，便可以在超疏水生物體或超疏水仿生物體的表面上制備得到由上述單分散微球自組裝形成的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。將制備得到的高質(zhì)量自支撐無裂紋蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體作為犧牲模板，在構(gòu)成所述犧牲模板的單分散微球之間的空隙中填充功能性物質(zhì)之后，再進一步除去所述的犧牲模板，就能夠制備得到高質(zhì)量自支撐無裂紋反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。本發(fā)明的制備方法簡單，并且成本低廉、環(huán)境友好。
文檔編號C30B29/16GK103103601SQ20111035546
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者陳碩然, 王京霞, 宋延林 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所