[发明专利]一种金壳磁性椭球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层核壳结构椭球的制备方法。

背景技术

蛋白石结构的三维光子晶体是由亚微米尺寸单分散微球紧密堆积成的三维周期性结构，其晶格结构为面心立方晶格或少量的六方晶格。光波在光子晶体中传播时，由于布拉格散射而受到调制形成光子带隙(PBG)，能量处于光子带隙内的光子将不能进入光子晶体，光子晶体的这一特性，使它在光学领域得到广泛的应用。

根据理论计算，在球形结构基元构成的面心立方堆积结构中，对称性导致了在三维光子晶体第一布里渊区W-和U-点的能级兼并，使得完全光子带隙不可能出现。但随后根据理论计算又指出，从空间形状、堆积结构和介电性质上打破传统三维光子晶体的对称性，对在三维光子晶体中实现完全光子带隙具有重大意义。所以，近年来人们关注于非球形为基元建筑光子晶体。

已报道的有蘑菇型和豆瓣二聚物非球型粒子通过对流自组装形成二维或三维有序结构，这些非球型粒子的取向自由和结晶性减少导致其有序排列缺乏控制。所以，对于非球型亚微米级的粒子进行自组装存在巨大挑战。

对称性在胶体粒子自组装中起着很重要的作用，对于有序结构的建筑区，球形粒子的对称性最高。在非球型粒子当中，圆盘、棒、椭圆体和圆柱体，任何一个形状的对称性都次于球型，但优于其他形状。在这些形状中，都有一个旋转轴和垂直于这个旋转轴的平面。根据计算研究，这些粒子可以形成有序结构，从而可能获得完全光子带隙，其中椭球粒子由于它的外形各向异性效应，可以通过自组装获得三维光子晶体。

椭球的制备方法较少，华盛顿大学的夏幼南研究组采用粘弹性形变法最早制备出单分散的聚苯乙烯椭球。他们首先将单分散的聚苯乙烯小球组装成蛋白石结构的光子晶体，然后向其结构中渗入具有良好的粘弹性的橡胶聚合物形成一个薄膜，通过加热，在高于聚苯乙烯玻璃转化温度条件下拉伸该复合薄膜，使聚苯乙烯小球在拉伸过程中发生形变，变成椭球形状，最后用有机溶剂除去橡胶聚合物，从而制备出单分散的聚苯乙烯椭球。由于每个椭球的取向自由无法控制，因此用此种球自组装无法形成长程有序的三维光子晶体。

椭球不仅在尺寸和外形上要具有单分散性，而且还要取向可控，才能自组装形成有序的三维光子晶体。如果合成出椭球型的核壳材料，以具有磁性的粒子做核心，利用磁场来控制非球型胶粒的轴向取向，便有可能组装形成具有完全光子带隙的三维光子晶体。

中科院化学所光化学院重点实验室合成制备了单分散性较好的磁性γ-Fe₂O₃/SiO₂核壳结构椭球形胶体颗粒，以纺锤形α-Fe₂O₃作为核心，接着包覆一层二氧化硅形成α-Fe₂O₃/SiO₂核壳结构椭球，最后再还原氧化使其变成具有磁性的γ-Fe₂O₃/SiO₂核壳结构椭球，利用外加磁场控制非球形颗粒的轴向取向，通过传统对流自组装法组装得到椭球基元三维光子晶体，检测到了光子带隙。

但是，由于作为最外层SiO₂包覆层吸光性较差和还原氧化处理过程中易形成缺陷，采用该核壳结构磁性椭球组装成的光子晶体在光学领域应用中光热、光电转化效率低，远不能满足光学领域的需求，结构和性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明目的是要解决现有核壳结构磁性椭球组装成的光子晶体存在光热、光电转化效率低的问题，而提供一种外层包覆金壳的磁性椭球制备方法，提高光吸收率，改善光学性能。

一种金壳磁性椭球的制备方法，具体是按以下步骤完成的：