本發(fā)明涉及一種氧化鋅反蛋白石光子晶體的制備及修飾方法。

背景技術(shù)：

光子晶體是指具有光子帶隙特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種周期性的排列使光子晶體能夠形成類似于半導(dǎo)體禁帶的光子禁帶，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的調(diào)控。根據(jù)光子晶體對(duì)光調(diào)制的幾何特征，可將其分為：一維光子晶體、二維光子晶體、三維光子晶體。三維反蛋白石光子晶體由于具有大的比表面積、高的連通性、良好的開(kāi)放性。近年來(lái)反蛋白石光子晶體在藥物裝載、電化學(xué)傳感、太陽(yáng)能電池以及超級(jí)電容器方面都有廣泛地應(yīng)用。氧化鋅是寬帶半導(dǎo)體材料，其納米結(jié)構(gòu)具有良好的生物兼容性和化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)良的電子傳輸能力，是制備三維反蛋白石光子晶體的理想材料。

目前，光子晶體的制備可采用機(jī)械加工法、激光刻蝕法制備。上述制備方法存在如下缺點(diǎn)：（1）制備成本高；（2）制備成本高；（3）光子帶隙難以精確調(diào)控。目前國(guó)內(nèi)外光子晶體制備，在以下幾方面有較大改進(jìn)：（1）優(yōu)化制備工藝；（2）改進(jìn)制備裝置降低成本；（3）改變激光束寬度調(diào)節(jié)光子帶隙。但上述制備光子晶體仍無(wú)法滿足低成本、光子帶隙精確調(diào)控、批量生產(chǎn)的要求。

中國(guó)專利CN105664906A公開(kāi)了一種ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)光催化薄膜的制備方法，其先通過(guò)垂直沉積法自組裝得到聚甲基丙烯酸甲酯亞微米球的薄膜模板，再用硝酸鋅的乙醇水溶液滲透（填充）到模板中，煅燒除去聚甲基丙烯酸甲酯，得到ZnO反蛋白石。由其掃描電鏡圖可以看出，該方法的不足在于硝酸鋅在聚甲基丙烯酸甲酯亞微米球模板上的滲透效果較差，無(wú)法獲得大面積高質(zhì)量的ZnO反蛋白石薄膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有方法在制備ZnO反蛋白石中的缺陷，提供了一種氧化鋅反蛋白石光子晶體的制備方法，以獲取大面積高質(zhì)量的ZnO反蛋白石光子晶體。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

一種氧化鋅反蛋白石光子晶體的制備方法，包括（1）將氧化鋅前驅(qū)體溶液滲透到聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石薄膜中，以及（2）煅燒，得到氧化鋅反蛋白石光子晶體，其特征在于：所述氧化鋅前驅(qū)體溶液為硝酸鋅、硅酸乙酯和螯合劑的混合溶液，混合溶液的溶劑為乙醇。

優(yōu)選地，在所述混合溶液中，硝酸鋅、硅酸乙酯和螯合劑的質(zhì)量比為1:(0.1～0.5):(0.1～0.2)。更優(yōu)選地，所述硝酸鋅、硅酸乙酯和螯合劑的質(zhì)量比為1:(0.4～0.45):(0.12～0.15)。

優(yōu)選地，在所述混合溶液中，硝酸鋅的濃度在5g/L以上。

更優(yōu)選地，在所述混合溶液中，硝酸鋅的濃度在200g/L以上。

優(yōu)選地，所述螯合劑為檸檬酸。

優(yōu)選地，采用垂直沉積法在玻璃片上制備聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石薄膜。

優(yōu)選地，步驟（1）中，氧化鋅前驅(qū)體溶液是通過(guò)旋涂或滴在聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石薄膜上，然后滲透到聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石薄膜中。

優(yōu)選地，煅燒溫度為400～500℃。優(yōu)選地，升溫速度為每小時(shí)30～60℃。

一種氧化鋅反蛋白石光子晶體的修飾方法，包括（1）將氧化鋅反蛋白石光子晶體浸入氯金酸溶液中，以及（2）煅燒，得到金修飾的氧化鋅反蛋白石光子晶體。

與現(xiàn)有方法相比，采用本發(fā)明方法可獲得到大面積完整的高質(zhì)量ZnO反蛋白石光子晶體，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易操作。通過(guò)金的修飾，能夠有效提高氧化鋅反蛋白石光子晶體的電子遷移率，提高半導(dǎo)體材料的性能。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是聚甲基丙烯酸甲脂蛋白石薄膜的掃描電鏡照片；

圖2是實(shí)施例1制備的氧化鋅反蛋白石光子晶體的掃描電鏡照片；

圖3是對(duì)比例1制備的氧化鋅反蛋白石光子晶體的掃描電鏡照片；

圖4是對(duì)比例2制備的氧化鋅反蛋白石光子晶體的掃描電鏡照片；

圖5是對(duì)比例3制備的氧化鋅反蛋白石光子晶體的掃描電鏡照片；

圖6是金修飾氧化鋅反蛋白石光子晶體的透射電鏡照片；

圖7是金修飾氧化鋅反蛋白石光子晶體的能譜分析；

圖8是光子晶體的光子帶隙。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

（1）聚甲基丙烯酸甲酯納米球的制備

在100 ml三孔圓底瓶中加入45 ml水，5 ml 甲基丙烯酸甲酯液體， 30 mg過(guò)硫酸鉀，之后加入三孔圓底瓶中，在95℃油浴鍋中反應(yīng)90分鐘后關(guān)閉油浴鍋，得到聚甲基丙烯酸甲酯納米球乳濁液。

（2）聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶體的垂直沉積法生長(zhǎng)

在燒杯中加入60 ml水，3 ml 聚甲基丙烯酸甲酯納米球乳濁液，取潔凈的載玻片豎直插入燒杯中。將燒杯放入30℃的鼓風(fēng)干燥箱中，放置3天，制備出聚甲基丙烯酸甲脂蛋白石薄膜，掃描電鏡照片如圖1所示。

（4）氧化鋅前驅(qū)體溶液的配制

將3.5 g硝酸鋅，1.5 ml硅酸乙酯溶解在15 ml無(wú)水乙醇中，再加入500 mg檸檬酸作為螯合劑，攪拌2小時(shí)至澄清溶液。

（5）氧化鋅反蛋白石光子晶體的制備

將澄清的氧化鋅前驅(qū)體溶液旋涂到聚甲基丙烯酸甲脂蛋白石薄膜上，氧化鋅前驅(qū)體溶液通過(guò)毛細(xì)作用滲透填充到聚甲基丙烯酸甲脂蛋白石光子晶體的縫隙中，自然風(fēng)干后，放入管式爐中，以每小時(shí)40℃的速度升溫至500℃，保持3個(gè)小時(shí)。之后自然降溫至室溫，得到氧化鋅反蛋白石光子晶體，掃描電鏡照片如圖2所示。由圖可以看出，該方法可獲大面積高質(zhì)量完整的ZnO反蛋白石薄膜。

對(duì)比例1

與實(shí)施例1不同在于，配制氧化鋅前驅(qū)體溶液時(shí)未加入硅酸乙酯和檸檬酸，制備的ZnO反蛋白石薄膜掃描電鏡照片如圖3所示。

對(duì)比例2

與實(shí)施例1不同在于，配制氧化鋅前驅(qū)體溶液時(shí)未加入檸檬酸，制備的ZnO反蛋白石薄膜掃描電鏡照片如圖4所示。

對(duì)比例3

與實(shí)施例1不同在于，配制氧化鋅前驅(qū)體溶液時(shí)未加入硅酸乙酯，制備的ZnO反蛋白石薄膜掃描電鏡照片如圖5所示。

由對(duì)比實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，硅酸乙酯和檸檬酸的加入有利于空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，減少燒結(jié)后的缺陷，ZnO反蛋白石薄膜的規(guī)整性有明顯的提高，從而獲得大面積高質(zhì)量的ZnO反蛋白石光子晶體。

實(shí)施例2 金修飾氧化鋅反蛋白石光子晶體的制備

將30 mg氯金酸溶解于100 ml超純水中，將實(shí)施例1制備好的氧化鋅反蛋白石光子晶體浸于氯金酸溶液中，保持1小時(shí)。將負(fù)載有氯金酸的氧化鋅反蛋白石光子晶體放入退火爐中，以每小時(shí)60 ℃的升溫速率升溫至350 ℃，保持1小時(shí)。隨后自然降溫至室溫，得到金修飾的氧化鋅反蛋白石光子晶體，透射電鏡照片如圖6所示，能譜分析如圖7所示，由表征結(jié)果可以看出，在氧化鋅反蛋白石光子晶體上修飾了納米金。圖8是金修飾氧化鋅反蛋白石光子晶體的光子帶隙。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。