[发明专利]用于光子晶体的温度敏感性复合材料

说明书

背景技术

技术领域

本发明涉及热响应晶体，特别是反相蛋白石光子晶体，其在反相蛋白石空隙内包含响应温度变化的材料，从而改变由该光子晶体反射的辐射的带隙。

相关技术的说明

光子晶体是一种折射率在多个维度上变化的光学材料。光子晶体可由结晶胶体阵列产生，结晶胶体阵列依赖于在阵列中的材料组成、粒度、阵列内的堆填排列、以及阵列的规则性程度，根据布拉格定律在一定波长范围内反射辐射。结晶胶体阵列已被用作单一分散的胶体粒子的三维有序阵列，单一分散的胶体粒子通常由一种聚合物胶乳(例如聚苯乙烯)或者无机材料(例如二氧化硅)组成。粒子的胶体分散可形成具有晶格间隙的晶体结构，所述晶格间隙与在紫外线、可见光或者红外波长范围内辐射的波长相当。这种晶体结构已经被用于过滤来源于宽光谱入射辐射中的有选择的波长中的窄带，同时允许相邻波长的辐射透射。

这样的结晶胶体阵列通常在阵列内具有恒定的粒子间隙，而其他结晶胶体阵列可能是在其粒子间空隙响应于激励、例如温度变化而变化时为热活性的。热响应结晶胶体阵列传统上由水凝胶产生。在基于水凝胶的设备中，单一分散的、高带电的胶体粒子分散在水性介质中。由于静电电荷，粒子自组装为结晶胶体阵列。有序结构根据布拉格定律来衍射辐射，其中满足布拉格条件的辐射被反射，而没满足布拉格条件的相邻光谱区透射通过该设备。根据布拉格定律衍射辐射的粒子阵列满足方程式：mλ=2ndsinθ

其中，m是整数，λ是被反射辐射的波长，n是阵列的有效折射率，d是各粒子层之间的间距，以及θ是被反射的辐射与粒子层的平面所形成的夹角。因此，通过增加粒子尺寸或者在各层粒子之间的基体的体积，各粒子层之间的离子间距离(d)增加，从而改变了被衍射的辐射的波长。粒子尺寸和/或基体体积可通过响应于引起粒子或者基体膨胀的激励、例如温度变化而增加。同样，阵列的有效折射率的变化也能改变被衍射的辐射的波长。

其他的光子晶体是基于反相蛋白石的。合成蛋白石结构已经由被布置成有序周期性阵列的均匀尺寸的亚微米二氧化硅球体产生。在二氧化硅球体之间的空隙中填充基体材料，然后使二氧化硅球体溶解，从而在均匀的基体材料内产生周期性空隙阵列。空隙可采用填料组合物填充，以调整反相蛋白石的光学性能。

发明概述

本发明包括一种复合光子晶体，其包含限定空隙的有序阵列的反相蛋白石结构，和被空隙接收的填料组合物，其中填料组合物的性质响应于激励而改变，由此改变被复合光子晶体反射的辐射的带隙。本发明还包括一种检测温度变化的方法，包括：提供包含限定空隙的有序阵列的反相蛋白石结构和被空隙接收的填料组合物的复合光子晶体，其中该填料组合物的性质响应于温度变化而改变；改变该复合光子晶体的温度；和检测在复合光子晶体的光子带隙的变化。一种制造温度响应复合光子晶体的方法包括：制备限定多个空隙的反相蛋白石，用可聚合的填料组合物填充空隙，和聚合该填料组合物，其中该填料组合物的性质响应温度变化而改变，从而改变被复合光子晶体反射的辐射的带隙。

附图简述

图1是本发明材料衍射峰对温度变化的响应的图。

最优实施方式的描述

在下面的详细说明中，应当理解本发明可以假定不同的可选择的变化和步骤次序，除了另有明确的相反指示之外。此外，除了在任何的操作实施例中或者另有指示之处外，表示例如说明书和权利要求中所用的成分的量的全部数字被理解为在全部的情况中是用术语“大约”来修饰的。因此，除非另有相反的指示，否则下面的说明书和附加的权利要求中阐明的数字参数是近似的，其可以根据本发明所获得的期望的性能而变化。最起码，和并非打算使用等价原则来限制权利要求的范围，每个数字参数应当至少按照所报告的有效数字的数值和通过使用通常的四舍五入技术来解释。虽然限定发明的宽范围的数值范围和参数是近似的，但具体实施例中给出的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值内在地含有在它们各自测试手段中存在的标准偏差必然导致的误差。

同样，应当理解此处所述的任何数字范围目的是包括其中所含的全部的亚范围。例如“1-10”的范围目的是包括在所述的最小值1和所述的最大值10之间(并且包含)的全部的亚范围，即，其具有最小值等于或者大于1和最大值等于或者小于10。

在本申请中，除非另有具体指出，单数形式的使用包括了复数形式，并且复数形式包括了单数形式。此外，在本申请中，除非另有具体指出，“或”的使用表示“和/或”，然而“和/或”可能明确地用于某些情形。