[发明专利]一种金属光子晶体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属光子晶体材料的制备方法，属于无机纳米材料制备工艺技术领域。

背景技术

光子晶体材料具有光子禁带的特性，能够阻止光在各个方向上的传播，具有优良的光学性能。特别是金属光子晶体材料，已经通过模拟的方法证明了存在完全的光子带隙，是替代半导体材料的新型材料。光子带隙的存在使得实现光子在特定频率下的自发传播成为可能。在三维有序光子晶体中，这种能够控制光传播的能力在量子光学及其器件上有广泛的应用。例如可以修正黑体辐射，将光限制在一定区域，这就能够实现单一光发射的发光二极管。光子晶体也能够用于一定频率的反射镜，只能通过一定频率的光波滤镜和光波谐振器。通过在光子晶体中引入线缺陷或者是点缺陷来控制光的传播能够合成用于能够90°弯曲的光子电路和无损耗棱镜的平面波导。 就像半导体技术一样，光子晶体的相关技术也会给人们的生活乃至人类的科学技术史上的带来一次重大的变革。

目前制备金属光子晶体材料的方法主要分为刻蚀技术和模板法。

刻蚀技术，是在半导体过制备程中对表面薄膜或者半导体衬底表面按照设计进行选择性的腐蚀从而去除的技术。上述方法本身有其独特的优势，比如可以制备任何表面形貌的完全带隙三维有序光子晶体也可以很轻松的引入我们想要的缺陷结构。然而，其本身的造价昂贵，制作过程耗时较长并且这些技术对设备的要求较高等都限制了他们的应用。最主要的是通过上述方法制备在可见光区和紫外光区的光子晶体很难实现。

模板法主要是用胶体微球组成的胶体晶体模板或其反模板。模板法反应条件温和且合成过程的可控性好，并且能够制备大面积有序的光子晶体材料。然而由于模板本身存在缺陷，限制了利用电沉积等方法制备大面积有序的金属光子晶体材料。

我们结合前人的工作，将模板法与化学还原的方法结合起来，既发挥了模板法本身的长处又避免了其局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种金属光子晶体材料的制备方法。

一种金属光子晶体材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1）通过无皂乳液聚合法合成聚苯乙烯微球：将苯乙烯加水和乙醇混合溶液中，其中苯乙烯、水和乙醇的体积比为1:6:14，并用氮气进行保护；将温度设定在70~75℃之间，待温度稳定后加入与加入体系中苯乙烯等体积的0.02g/ml的过硫酸钾溶液，进行反应；

2）以正硅酸乙酯、乙醇、0.1M的盐酸按照质量比为1：1.5：1的比例配制二氧化硅前驱液；然后将其与1）所制备聚苯乙烯微球乳液加入溶液中混合，其中聚苯乙烯微球乳液和前驱液的体积比为100:1；并放入60~65℃的烘箱中生长2-3天，完成后在450℃的条件下通过煅烧5h除去聚苯乙烯微球，得到二氧化硅反模板；

3）然后配制氯金酸或氯铂酸的乙醇溶液，并将二氧化硅胶反模板浸泡其中；取出在空气中干燥，待其干燥完成后放入盛有二甲氨基甲硼烷的烧杯中还原12h；重复浸泡与还原过程0~2次；

4）还原反应完成后，用0.1~1 mol/L HF溶液溶解二氧化硅反模板，然后用乙醇及去离子水清洗干净，得到样品。

产物的形貌通过扫描电子显微镜（SEM）照片显示，光学性能用红外/可见光/紫外光分光度计表征，采用日本日立公司S-4700型扫描电镜和Perkin Elmer 公司的Lamda 950红外/可见光/紫外光分光度计。

本发明利用一种简便的方法合成高质量的金属光子晶体材料，设计合理，操作简单，反应容易控制，重复性好，无污染，安全性好。

附图说明

图1为本发明之实施例1所制的聚苯乙烯微球的扫描电镜图；

图2为本发明之实施例1所制的二氧化硅网的扫描电镜图；

图3为本发明之实施例1所制的铂光子晶体的扫描电镜图；

图4为本发明之实施例2所制的铂光子晶体的扫描电镜图；

图5为本发明之实施例2所制的铂光子晶体的反射光谱图。

图6为本发明之实施例3所制的金光子晶体的扫描电镜图。

图7为本发明之实施例4所制的金光子晶体的扫描电镜图。

具体实施方式

下面实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

以下实施例制备的金属光子晶体的形貌通过扫描电子显微镜（SEM）显示，光学性能用红外/可见光/紫外光分光度计表征，采用日本日立公司S-4700型扫描电镜和Perkin Elmer 公司的Lamda 950红外/可见光/紫外光分光度计。

实施例1：铂光子晶体的制备方法，步骤如下：