專利名稱：斜面輔助重力沉降法制備單層二維光子晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單層二維光子晶體的制備方法，屬于晶體生長技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光子晶體是一種人造微結(jié)構(gòu)，它的晶格尺寸與光波的波長相當(dāng)。光子晶體具有禁帶寬度，其帶隙可達(dá)到紅外及近紅外區(qū)甚至可見光區(qū)。以半導(dǎo)體工業(yè)成熟的技術(shù)為基礎(chǔ)，精密加工法是制備光子晶體最為穩(wěn)定可靠的方法，然而其工藝復(fù)雜造價(jià)昂貴，并且受現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)水平的限制，制作具有相當(dāng)大的難度。除此之外，膠體晶體法是另一種常用的制備
三維光子晶體的技術(shù)。早在1968年，Kriger等人就發(fā)現(xiàn)了由乳液聚合得到的聚苯乙烯膠 乳(50 500nm)在體積分?jǐn)?shù)超過35%時(shí)出現(xiàn)蛋白石特有的顏色。在溶液中，膠體顆粒小球表面帶有電荷，在適當(dāng)?shù)碾姾擅芏群皖w粒濃度下，通過靜電力相互作用，小球自組織生長成周期性結(jié)構(gòu)，形成膠體晶體。在毛細(xì)容器中，利用膠粒與帶電玻璃器壁的靜電力相互作用，當(dāng)膠粒體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，膠體懸浮顆粒以面心立方(FCC)點(diǎn)陣堆積；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，傾向于體心立方(BCC)點(diǎn)陣堆積，晶體的密排面平行于器壁表面。至今為止，如何利用膠體晶體法在平行于容器底部的基板上制備單層二維光子晶體，仍是一個(gè)未解之謎。本發(fā)明公布一種制備單層二維光子晶體的方法，其特征是在平行于容器底部的基板上加上一個(gè)輔助斜面體，該輔助斜面與基板之間形成特定的未被占據(jù)的空間，存在于懸濁液里的膠體球在重力和毛細(xì)現(xiàn)象的雙重作用下，逐個(gè)在輔助斜面體與基板之間所形成的未被占據(jù)的空間里自組裝成結(jié)構(gòu)致密的二維光子晶體。以二氧化硅膠體顆粒體系為例，利用斜面輔助重力沉降法制備出六角型緊密堆積的單層二維光子晶體。由于膠體球體的晶格尺寸在亞微米級(jí)量級(jí)，本發(fā)明所公開的方法可望成為制造近紅外及可見光波段二維光子晶體的一條有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種單層二維光子晶體的制備方法，其制作技術(shù)特征在于在平行于容器底部的基板上加上一個(gè)輔助斜面體使該輔助斜面與基板之間形成一定的未被占據(jù)的空間；存在于懸濁液里的膠體球在重力和毛細(xì)現(xiàn)象的雙重作用下能夠逐個(gè)進(jìn)入該未被占據(jù)的空間并自組裝成結(jié)構(gòu)致密的二維光子晶體。本發(fā)明所述的一種單層二維光子晶體的制備方法，其設(shè)備結(jié)構(gòu)特征在于至少由一個(gè)輔助斜面體[I]，一個(gè)表面平整的基板[2]，一份懸濁液[3]和一個(gè)容器[4]組成。本發(fā)明所述的一種單層二維光子晶體的制備方法，其特征在于具體步驟主要包括(a)將表面平整的基板平放在容器的底部；(b)將所述的輔助斜面體放置在表面平整的基板之上；(C)將含有膠體球的懸濁液注入到的容器里，并使輔助斜面體和基板淹沒在懸濁液里；(d)使懸濁液在容器中逐步揮發(fā)完畢后，去掉輔助斜面體，取出基板，得到單層二維光子晶體。本發(fā)明所述的一種單層二維光子晶體，其特征在于膠體球按平面六角致密排列并具有光子帶隙。本發(fā)明所述的輔助斜面體包括但不限于長方形，球體，橢球體，楔形、三角形的全部或一部分，其特征在于該輔助斜面體放置在表面平整的基板之上并在輔助斜面體與基板之間形成一定的未被占據(jù)的空間。
本發(fā)明所述的未被占據(jù)的空間，其特征在于其高度最大值不大于2厘米，其高度最小值接近零納米。本發(fā)明所述的基板包括但不限于玻璃板，硅片，金屬片，其特征在于表面平整和親水。
四

圖I是單層二維光子晶體制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。[I]輔助斜面體，[2]基板，[3]懸池液，[4]容器。圖2是依據(jù)本實(shí)施方式所制備的單層二氧化硅二維光子晶體制備裝置的SM圖。二氧化硅微球的直徑為800納米。
五具體實(shí)施例方式取一個(gè)容積為250毫升的玻璃杯一個(gè),玻璃球冠一個(gè),玻璃片一片,洗凈干燥后備用。取直徑為800納米的二氧化硅微球10微克加入到150毫升蒸餾水中，用磁力攪拌器攪拌均勻后，再加入100毫升乙醇，用磁力攪拌器攪拌制成懸濁液。將洗凈干燥的玻璃片平放在玻璃杯底部，將玻璃球冠放在玻璃片上。圖I是單層二維光子晶體制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。[I]代表輔助斜面體，[2]代表基板，[3]代表懸濁液，[4]代表容器。將所制成的懸濁液緩緩地注入到玻璃杯里，用塑料薄膜封住玻璃杯的口。在塑料薄膜留下小孔洞使玻璃杯里的液體慢慢揮發(fā)。待玻璃杯里的液體揮發(fā)完畢后，去掉塑料薄膜，去掉塑料薄膜玻璃球冠，取出玻璃片，獲得了單層二氧化硅二維光子晶體。用掃描電子顯微鏡對單層二氧化硅二維光子晶體進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)二氧化硅微球在玻璃板上呈規(guī)則周期性排列。圖2是依據(jù)本實(shí)施方式所制備的單層二氧化硅二維光子晶體的SEM圖。二氧化硅微球的直徑為800納米。由圖2可以看出，二氧化硅微球在玻璃板上按平面六角的規(guī)律周期性地排列。
權(quán)利要求
1.一種單層二維光子晶體的制備方法，其制作技術(shù)特征在于在平行于容器底部的基板上加上一個(gè)輔助斜面體使該輔助斜面體與基板之間形成一定的未被占據(jù)的空間；存在于懸濁液里的膠體球在重力和毛細(xì)現(xiàn)象的雙重作用下能夠逐個(gè)進(jìn)入該未被占據(jù)的空間并自組裝成結(jié)構(gòu)致密的二維光子晶體。
2.如權(quán)利要求I所述的一種單層二維光子晶體的制備方法，其設(shè)備結(jié)構(gòu)特征在于至少由一個(gè)輔助斜面體[I]，一個(gè)表面平整的基板[2]，一份懸濁液[3]和一個(gè)容器[4]組成。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種單層二維光子晶體的制備方法，其特征在于具體步驟主要包括(a)將表面平整的基板平放在容器的底部；(b)將權(quán)利要求2所述的輔助斜面體放置在表面平整的基板之上；(C)將含有膠體球的懸濁液注入到容器里，并使輔助斜面體和基板淹沒在懸濁液里；(d)使懸濁液在容器中逐步揮發(fā)完畢后，去掉輔助斜面體，取出基板，得到單層二維光子晶體。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的一種單層二維光子晶體，其特征在于膠體球按平面六角致密排列并具有光子帶隙。
5.如權(quán)利要求I或2或3所述的輔助斜面體包括但不限于長方形，球體，橢球體，楔形、三角形的全部或一部分，其特征在于該輔助斜面體放置在表面平整的基板之上并在輔助斜面體與基板之間形成一定的未被占據(jù)的空間。
6.如權(quán)利要求I或5所述的未被占據(jù)的空間，其特征在于其高度最大值不大于2厘米，其高度最小值接近零納米。
7.如權(quán)利要求I或2或3或5所述的基板包括但不限于玻璃板，硅片，金屬片，其特征在于表面平整和親水。
全文摘要
本發(fā)明公布一種單層二維光子晶體的制備方法，屬于晶體生長技術(shù)領(lǐng)域。所涉及的單層二維光子晶體的制備方法，其制作技術(shù)特征在于在平行于容器底部的基板上加上一個(gè)輔助斜面體使該輔助斜面體與基板之間形成一定的未被占據(jù)的空間，存在于懸濁液里的膠體球在重力和毛細(xì)現(xiàn)象的雙重作用下能夠逐個(gè)進(jìn)入該未被占據(jù)的空間并自組裝成結(jié)構(gòu)致密的單層二維光子晶體。所述制備方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)特征在于至少由一個(gè)輔助斜面體，一個(gè)表面平整的基板，一份懸濁液和一個(gè)容器組成。本發(fā)明的制備工藝簡單，經(jīng)濟(jì)適用，結(jié)果重復(fù)性好。
文檔編號(hào)C30B29/18GK102965728SQ201210525168
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者蔣美萍, 馬青蘭, 翟保改, 黃遠(yuǎn)明 申請人:常州大學(xué)