[发明专利]一种圆柱空心型的大孔有序的胶体晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在空心毛细玻璃管内壁生长胶体晶体的工艺技术，采用外加电场和拉伸方法相结合，在空心毛细玻璃管中制备圆柱空心型大孔有序的胶体晶体。

背景技术

胶体晶体是指亚微米级的单分散胶体微球在合适的条件下自发形成三维有序周期结构。胶体微球的自组装被认为是近红外、光学以及更短波段三维光子晶体的最有效、最有前途的制备方法。胶体光子晶体不具有完全带隙，但它不仅可以用于制作滤光器和光开关、高密度磁性数据存储器件、化学和生物传感器，而且为利用模板技术制备具有完全带隙的有序孔结构提供理想模板。

胶体晶体的制备方法包括：自然沉降法、物理强制有序法、垂直淀积法、胶体外延法、离心沉降法等。在上述的方法中，采用直径为400nm以下的胶体颗粒制备胶体晶体基本上能制备良好的周期性结构。但是，在大颗粒胶体微球(700nm左右)，由于胶体颗粒的重力加大，会导致胶体颗粒淀积速率加快，从而很难形成具有良好周期结构的胶体晶体。再者，在胶体晶体引入缺陷，才能更好的形成光器件，如在胶体晶体中引入点缺陷，其行为就像一个微谐振腔；引入一个线缺陷，其行为类似于光波导；引入面缺陷，则可以得到理想的反射面；这些性质都具有十分重要的应用价值。但是在胶体晶体中引入缺陷的技术还在研究之中。最近出现了的多光子聚合技术，将该技术与胶体晶体自组装技术结合有可能解决在胶体晶体引入缺陷难这一问题。但是成本较高。

发明内容

本发明即是基于这一现状进行的，提供一种圆柱空心型的大孔有序的胶体晶体的制备方法，目的在于制作一种方便、廉价、使用价值高，光子带隙处于 通讯波段(C+L波段)，具有线缺陷的圆柱空心型大孔有序的胶体晶体。可以作为新型的光波导载体，控制一固定频率的光波的传播。

本发明一种圆柱空心型的胶体晶体的制备方法，其基本思路是:由毛细玻璃管作为基底，在毛细玻璃管内部制备圆柱空心型大孔有序胶体晶体。

本发明一种圆柱空心型的大孔有序的胶体晶体的制备方法，其制备工艺步骤如下：

(a)用盐酸(HCl)，丙酮，去离子水，在超声波清洗器内反复清洗毛细玻璃管；

(b)配置胶体微球水溶液。所述胶体微球水溶液，微球直径为700nm，(直径偏差/平均直径)×％<0.2％，浓度(质量百分比)为2％～8％；

(c)将清洗好的毛细玻璃管垂直插入盛有胶体微球水溶液的玻璃瓶中，毛细玻璃管的上端固定在一根金属丝上，静置10～20分钟；

(d)所属金属丝由步进电机控制上下垂直运动，速度为1～30微米/秒；

(e)在瓶子的垂直方向外加一电场，电场强度为50～100伏特/米(V/m)；

(f)将整个装置置于恒温条件下，温度为40℃～80℃；在毛细玻璃管内壁自组装生长胶体晶体。

本发明圆柱空心型的胶体晶体的制备方法，在制备方法上克服了以前制备胶体晶体中微球沉积快，层数不可控的缺点：

①用外加电场平衡重力，减缓了胶体微球沉积的速率，延长了胶体晶体的结晶过程；

②采用拉伸的方法，克服了胶体晶体的层数不可控制的缺点，通过改变拉伸速率，胶体晶体的层数和速率成反比关系；

本发明制备的对称圆柱空心型大孔有序的胶体晶体，具有光子带隙，且空心可以作为一个良好的线缺陷，不需要高成本的多光子聚合技术在胶体晶体中再引入缺陷，为以后作为新的光子器件和光波导奠定基础。

附图说明

图1是圆柱空心型的大孔有序胶体晶体制备装置示意图；(1:毛细玻璃管，2胶体微球水溶液，3:玻璃瓶，4:水，5:恒温水浴加热器，6:电极板；7:金属丝，8:步进电机)；

图2是制备过程中结晶过程的示意图；(9:胶体微球，10：胶体微球水溶液半月面，11:胶体微球重力，12：电场力，13:微球聚合力，14：流体剪切力)；

图3是圆柱空心型的胶体晶体结构示意图；(图3a：圆柱空心型的胶体晶体端面，图3b：圆柱空心型的胶体晶体剖面，15空心)

图4是对称圆柱空心型的大孔有序胶体晶体的透射光谱图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

实施例1、用本发明方法制备对称圆柱空心型大孔有序的胶体晶体，其制备工艺步骤如下：

A、用盐酸(HCl)，丙酮，去离子水，在超声波清洗器内反复清洗毛细玻璃管；

B、配置胶体微球水溶液。所述胶体微球水溶液，微球直径为700nm，(直径偏差/平均直径)×％<0.2％，浓度(质量百分比)为2％；