[发明专利]一种结构可控型光子晶体薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种晶体薄膜的制备方法，属于光子材料制备技术领域。

背景技术

在固体晶格中，电子在传输的时候，因为受到晶格周期性位势散色，有些波会因为干涉作用而有能隙的形成，这就是电子的能带结构，更具体的讲就是电子的色散关系呈带状分布。电子由于受到周期性势场的布拉格散色作用，彼此之间会形成能带结构，能带之间可能会有带隙出现。如果电子波的能量落在带隙中时，是不能传播的，类似的现象在光子晶体中也会出现。光波通过光子晶体材料时，电介质构成的周期势场会调制光波的传播，会形成与半导体类似的能带结构，在光子晶体中，称为光子能带。当这些光子能带之间没有重叠时，就会出现光子禁带。一束光波中与光子禁带相同频率的光无法在光子晶体材料中传播，这是光子晶体的特色，所以光子晶体材料也叫光子禁带材料。

光子晶体是由不同介电常数的介质周期性排列而成的规则微结构材料，其可调节一定波长范围内的光的传播，在防护涂层、光学器件、传感检测、彩色打印和医疗诊断等领域都有着广泛的应用。但是其形貌有序度不高，宏观上结构色不均匀。结构不可控，且制备条件苛刻，无法大范围制备，且现有的光子晶体产生的结构色的方式足光子晶体直接反射本身光子禁带禁带光而其他杂光不能被反射来实现结构色。然而，大部分的光子晶体组装后，对光子禁带外的杂光容易产生干涉等现象，直接导致禁带光的颜色不够单一，鲜艳度不高，所以制备一种结构可控型光子晶体薄膜很有必要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有的光子晶体薄膜材料形貌有序度不高，宏观上结构色不均匀，结构不可控的问题，提供了一种结构可控型光子晶体薄膜的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）按质量比1:1，将钨酸钠与硝酸锌混合并添加至去离子水中，用质量分数10％氨水调节pH至8.5～9.0，水浴加热25～30min，制备得混合液；

（2）按体积比1:50，将0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液滴加至混合液中，搅拌混合再在180～200℃下油浴加热1h，静置冷却、过滤得滤饼、洗涤、干燥、研磨得钨酸锌颗粒，再按质量比1:15，将钨酸锌颗粒与去离子水混合，用质量分数5％氨水调节pH至8.5，制备得改性液；

（3）将改性液、无水乙醇和正硅酸乙酯混合并加热1～2h，旋转浓缩得涂膜凝胶液，将涂膜凝胶液涂覆至玻璃板表面，干燥即可制备得结构可控型光子晶体薄膜。

所述的改性液、无水乙醇和正硅酸乙酯的混合比例为质量比5:1:2。

所述的涂膜凝胶液涂覆厚度为10～20μm。

所述的十六烷基三甲基溴化铵溶液滴加时间为10～15min。

本发明的有益效果是：本发明通过钨酸钠与硝酸锌复合制备钨酸锌颗粒，通过钨酸锌颗粒与正硅酸乙酯复合并水解分散在水解液中，由钨酸锌颗粒提供锌离子，将水解液浓缩制备水解浓缩液后，经振荡分散，涂覆干燥形成光子晶体薄膜，其中钨酸锌提供的锌离子有效丰富光子复合薄膜的结构，填充光子晶体薄膜的空间群，降低复合晶体膜内部离子空位，改善光子晶体薄膜形貌有序度，增强光子晶体薄膜结构色的稳定性能，本发明制备的结构可控型光子晶体薄膜透光率为35～40%，方阻为1.25～1.28Ω/□，薄膜制备过程中收缩率小于2.3%。

具体实施方式

备料：钨酸钠、硝酸锌、去离子水、质量分数10%氨水、0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液、质量分数5%氨水、无水乙醇和正硅酸乙酯。