[发明专利]一种利用锂化法调节三维光子晶体带隙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调节三维光子晶体带隙的方法。

背景技术

光子晶体这一概念最早是由Yablonovitch和John提出的，其是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构，具有光子能隙。当光的频率位于光子带隙范围内时，光将被禁止传播。由于光子带隙的存在，光子晶体具有许多崭新的物理性质，成为当今世界的一个研究热点。

影响光子带隙的因素有两种：介质材料的介电常数比或折射率比和光子晶体的结构。因此，改变光子带隙一般也从这两方面考虑：一是改变折射率进行调制，二是改变光子晶体周期结构进行调制。因为改变光子晶体周期结构需要借助复杂的设备并且操作繁琐，所以本发明选择通过改变光子晶体折射率来改变其带隙。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有调节三维光子晶体带隙的方法的调节范围较窄、精度低的问题，而提供一种利用锂化法调节三维光子晶体带隙的方法。

本发明利用锂化法调节三维光子晶体带隙的方法按下列步骤实现：

一、将铜箔放入盐酸溶液中浸泡，再依次用丙酮、甲醇和超纯水超声清洗5～20min，得到清洗后的铜箔，然后以水为溶剂，配置体积分数为0.1％～0.3％的PS微球乳液，将清洗后的铜箔垂直放入PS微球乳液中，在50～70℃下恒温培养48～120h，得到生长有PS胶体模板的铜箔；

二、将离子液体(EMIM)TF₂N(1-甲基-3-乙基咪唑双三氟磺酸胺盐溶剂)放入手套箱中进行二次蒸馏，在H₂O和O₂含量均小于1ppm的条件下，将GeCl₄加入(EMIM)TF₂N中，溶解摇匀后静置12～24h，得到摩尔浓度为0.01～1mol/L的电解液；

三、使用三电极的电解池，以铂环为对电极，银丝为参比电极，步骤一所述的生长有PS胶体模板的铜箔为工作电极，在步骤二得到的电解液中采用恒电势法，控制沉积电压为-1.5～-2V进行电沉积锗，然后取出工作电极，清洗，干燥后得到三维有序大孔锗(3DOM Ge)薄膜(锗光子晶体)；

四、将步骤三得到的三维有序大孔锗薄膜作为工作电极，锂带作为参比电极和对电极，以LiPF₆、EC(碳酸乙烯酯)、DEC(碳酸二乙酯)的混合液为电解液，在三电极体系中进行嵌锂和脱锂过程，从而调节三维光子晶体带隙。

本发明调节三维光子晶体光子带隙的原理是通过控制电压的方向，使具有三维光子晶体结构的锗薄膜相应地发生嵌锂及脱锂过程。锗在脱嵌锂过程中能够和电解液中的锂离子形成Li_4.4Ge合金，使得锗材料发生很大的体积变化。因此，随着锂离子的嵌入和脱出，锗光子晶体体积膨胀，结构发生变化(孔径变小，孔壁变厚)，导致三维光子晶体的折射率发生变化，从而实现对三维光子晶体光子带隙的调节。并且由于Ge体积膨胀可达370％，理论嵌锂比容量较大(1600mAh g-1)，因此该调节三维光子晶体光子带隙的方法调节范围非常大。本发明的有益效果在于实现了对三维光子晶体带隙的调节，操作方法安全、简单，调节范围大、精度高，可连续调节。

附图说明

图1是实施例一得到的三维有序大孔锗(3DOM Ge)薄膜在锂化前的扫描电镜图；

图2是实施例一得到的三维有序大孔锗(3DOM Ge)薄膜在锂化后的扫描电镜图；

图3是三维有序大孔锗(3DOM Ge)薄膜在锂化前(a)及锂化后(b)的反射光谱图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式利用锂化法调节三维光子晶体带隙的方法按下列步骤实施：

一、将铜箔放入盐酸溶液中浸泡，再依次用丙酮、甲醇和超纯水超声清洗5～20min，得到清洗后的铜箔，然后以水为溶剂，配置体积分数为0.1％～0.3％的PS微球乳液，将清洗后的铜箔垂直放入PS微球乳液中，在50～70℃下恒温培养48～120h，得到生长有PS胶体模板的铜箔；

二、将离子液体(EMIM)TF₂N(1-甲基-3-乙基咪唑双三氟磺酸胺盐溶剂)放入手套箱中进行二次蒸馏，在H₂O和O₂含量均小于1ppm的条件下，将GeCl₄加入(EMIM)TF₂N中，溶解摇匀后静置12～24h，得到摩尔浓度为0.01～1mol/L的电解液；