[发明专利]一种制备一元或二元图案化胶体光子晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备一元或二元图案化胶体光子晶体的方法。

背景技术

光子晶体(Photonic Crystal)，又称光子带隙材料，它是由至少两种不同介电常数的材料周期性地排列而形成的一种在特定方向上具有光子带隙的复合材料。这种特殊微观结构使得光子晶体能够选择性地反射或局域特定波长(频率)的电磁波，因此也被成为光的半导体，这也使得它在光学器件、激光、传感乃至通讯领域具有广泛的应用前景。

传统制备光子晶体的方法主要包括“自上而下法(Top-Down)”和“自下而上法(Bottom-Up)”。前者主要是利用微电子加工等方法得到可精确控制的周期性结构，耗时长、成本高；后者主要是将胶体颗粒组装得到结构有序的三维胶体晶体，成本低，操作简便，但是结构可控性较差。为此常有研究人员将两者结合起来，用微加工的模版来诱导胶体颗粒组装形成特殊结构的胶体光子晶体(Colloidal Photonic Crystal)。

制备可设计图案的光子晶体，是其由单一材料走向复杂器件的关键一步。通常制作图案化光子晶体往往是在一个图案化的基底上，利用化学或者物理的模板作用来限制生长胶体光子晶体。前者主要是在基底上首先修饰一层图案化的亲水或者疏水的分子，差异化不同区域浸润性。在毛细管力的驱动下，胶体晶体更趋向于在亲水区域组装形成胶体晶体，这样在整个基板上就形成图案化的胶体光子晶体(Adv.Mater.2003，15，1025；Langmuir 2005，21，11588)。然而，在这些独立亲水区域内形成的光子晶体在厚度和取向上很难得到一致。后者主要是在基底上通过物理刻蚀的方法形成一些孔道，在这些孔道的物理限制之下，毛细管力的驱动使得胶体颗粒组装形成图案化的光子晶体(Adv.Funct.Mater.2009，19，1247；J.Mater.Chem.2009，19，1964；Soft Matter2009，5，1129)。然而这些图案化基底的制备过程较为复杂，成本相对较高，从而限制了其应用范围。因此，大批量、低成本地制作图案化光子晶体是光子晶体真正实现器件化的关键因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备一元或二元图案化胶体光子晶体的方法。

本发明提供的制备一元图案化胶体光子晶体的方法，包括如下步骤：

1)在图案化基底上制备一层铬层，再在所述铬层上制备一层铜层或金层后，将基底插入到含有二氧化硅微球或聚苯乙烯微球的水分散液中进行烘干，在所述图案化基底的铜层或金层表面得到一元图案化胶体光子晶体薄膜；

2)在所述步骤1)所得基底浸入溶剂中进行超声，超声完毕后在所述基底表面得到所述一元图案化胶体光子晶体。

上述方法的步骤1)中，构成所述图案化基底的材料为玻璃或硅片；所述铬层的厚度为2-10纳米，优选2纳米，所述铜层或金层的厚度为20-50纳米，优选20纳米；所述含有二氧化硅微球或聚苯乙烯微球的水分散液中，所述二氧化硅微球和聚苯乙烯微球的体积百分含量为0.08-0.2％，优选0.1％，所述二氧化硅微球的粒径为180-350纳米优选290nm，分散度为2％-5％，优选2％，所述聚苯乙烯微球的粒径为200-400纳米，优选250nm，分散度为2％-5％，优选2％；所述一元图案化胶体光子晶体薄膜的厚度为1-3微米，优选2微米；烘干步骤中，温度为55-65℃，优选65℃；制备所述铬层、铜层和金层的方法均为真空蒸镀法，所述真空蒸镀法中，真空度为10^-2-10^-4Pa，优选10^-3Pa。

该步骤中，铬层的作用是作为粘附层，其作用是有利于后续胶体光子晶体的整体剥离；所用图案化基底是将玻璃或硅片按照各种常规方法进行图案化处理，如可为在洁净亲水的玻璃或硅片基底上旋涂一层光刻胶，经过掩模曝光刻蚀可以得到图案化的光刻胶基底。