[发明专利]一种非密堆积光子晶体薄膜的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于光子晶体薄膜制备技术领域，涉及一种微球大小比率范围大、反射谱位置和宽度可调的非密堆积光子晶体薄膜制备方法。

背景技术：

化学自组装方法制备三维光子晶体是一种简单、经济、有效的方法，它是一种胶体组织自发形成有序排列的过程，利用亚微米球体的胶体或悬浮液通过自组装过程制备蛋白石类光子晶体，现有的自组装方法包括自然沉淀法、电泳辅助沉淀法和垂直沉淀法，其中，自然沉积法又分为垂直沉积法和水平沉积法两种。近几年，二元胶体晶体研究迅速兴起，将大的微球和小的微球自组装成二元胶体晶体后，结构在禁带宽度、反射谱位置和宽度等性能方面都有很好改善，可广泛用于传感器、滤波器和反射器等多个方面。

但是现有研究中，光子晶体结构多为密堆积型的二元结构，而且只能在一些特定的大小微球比率情况下实现，大的微球对反射峰的位置和带宽影响较大，而且大球的直径和结构的晶格常数呈正比关系，不能成为调节结构带隙的独立因素。例如，通过蒸发的方法可以获得一些二元胶体晶体结构，但是大小微球的比率γ不能超过0.30；采用水平沉积方法大小微球的比率γ只能在0.154-0.225之间；采用垂直提拉技术，由于是密堆积结构，二元胶体晶体结构中大小微球的比率受到很大的限制；层层方法可以大面积组装二元甚至三元胶体晶体结构，而且微球的大小比率也不受限制，但是这一方法费时费力。因此，寻求设计一种简便易行的非密堆积光子晶体薄膜的制备方法，扩大微球的大小比率，以应用于传感器和太阳能利用等方面，对开发光子晶体的结构、功能和用途有着重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种非密堆积光子晶体薄膜的制备方法，制备出长程有序排列的非密堆积结构、反射谱位置和宽度可调的光子晶体薄膜，为批量制备光子晶体薄膜器件创造良好的条件。

为了实现上述目的，本发明先对非密堆积结构进行模拟再制备光子晶体薄膜；其具体制备过程为：

（1）选用显微镜玻璃片作为玻璃衬底，将玻璃衬底放入体积比为3:1的浓硫酸和双氧水混合溶液中预处理2-3小时，再用去离子水清洗玻璃衬底并用氮气吹干；

（2）将正硅酸乙酯（TEOS）、乙醇和摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸按照1：2：1的体积比混合得到正硅酸乙酯水溶胶然后超声30分钟；

（3）采用常规的离心法提纯，分别获得直径大小不同的两种聚苯乙烯微球悬浮液，并分别计算直径大小不同的聚苯乙烯微球悬浮液的体积浓度；

（4）将直径大小不同的聚苯乙烯微球悬浮液按照微球的个数比例混合得到混合悬浮液，在混合悬浮液中，直径大的聚苯乙烯微球和直径小的聚苯乙烯微球的个数比为1：1-8；

（5）将步骤（4）得到的混合悬浮液加入到去离子水和正硅酸乙酯水溶胶按体积比为100：5-10的混合水溶液中得到混合液，混合液中混合悬浮液与正硅酸乙酯水溶胶的体积比为1：1-1.5；

（6）将步骤（1）处理后的玻璃衬底垂直放入装有混合液的烧杯中；

（7）将装有混合液的烧杯放在恒温的烤箱内，在65℃条件下使烧杯中的混合液缓慢蒸发后，再放置24小时，即得到生长在垂直悬浮的玻璃衬底上的非堆积光子晶体薄膜。

本发明对非密堆积结构进行模拟时，先采用公式（1）计算非密堆积光子晶体薄膜的有效折射率，

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