專利名稱：一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電子材料及其制備方法。適用于光子器件、表面等離子體、光通 信、太陽(yáng)能電池、催化材料及電池電極等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自光子晶體概念提出以來(lái)，目前已成為信息功能材料研究中的前沿課題，引起了 物理、化學(xué)、電子、光學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家的廣泛興趣。光子晶體的最根本特征是具有光子禁 帶和光子局域，光子晶體的這兩個(gè)特性使其具有了大量的潛在應(yīng)用，諸如子光晶體光纖，光 子晶體微諧振腔、濾波器，光子晶體激光器，高效率發(fā)光二極管，光路光波導(dǎo)等。光子晶體之 所以引起巨大的關(guān)注，正是因?yàn)樗T人的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)十幾年的研究歷程，建立了很多光 子晶體的有源和無(wú)源光學(xué)器件模型，并且已經(jīng)有部分光子晶體產(chǎn)品，這其中包括光子晶體 光纖和一些微波器件等，二維光子晶體為核心的光學(xué)集成芯片已經(jīng)沒(méi)有制備上的困難，已 經(jīng)可以低成本量產(chǎn)。因此光子晶體在光子集成領(lǐng)域也將大有可為。在光子晶體的研究中， 大量的理論分析、器件設(shè)計(jì)等工作一直在不斷的深入，通過(guò)微加工等方法也可以滿足光頻 以外的應(yīng)用。但是目前一直制約光子晶體進(jìn)一步發(fā)展的是光子晶體的材料制備問(wèn)題，其中 最主要的就是具有完全光子禁帶的三維反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備。目前的制備方法大 部分依賴于微加工，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高，成本昂貴，不適于大量制造，因此需要發(fā)展出一種 簡(jiǎn)便高效的三維反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種制備鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的簡(jiǎn)便制 備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，該光子晶體的材料成分是鎳，結(jié)構(gòu)是反蛋白石結(jié) 構(gòu)。一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備方法，其制備方法包括步驟一，清洗IT0玻璃基片，吹干后待用；步驟二，制備膠粒固相濃度為2. 4%。的聚苯乙烯微球直徑為50nm 2 y m的懸濁 液，并將其放入第一個(gè)容器中；步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入步驟二的懸濁液中；步驟四，將步驟三放入懸濁液中的IT0玻璃基片的第一容器放入恒溫培養(yǎng)箱，溫 度控制在45°C 50°C，240h后，聚苯乙烯微球懸濁液中的水蒸干，制得三維膠體晶體模板；步驟五，利用三維膠體晶體模板制備鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體；用三維膠體晶體模板制備鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的步驟步驟A，配制密度分別為 NiS04 2. 13mol/L,Ni (Cl)2 0. 35mol/L 和 H3B030 . 43mol/L 混合溶液，并放入第二容器中；
步驟B，將步驟四制備的三維膠體晶體模板，置入步驟A制備的混合溶液中；使用 三電極系統(tǒng)在三維膠體晶體模板中進(jìn)行金屬鎳電化學(xué)沉積；步驟C，用甲苯溶劑浸泡步驟B制得的樣品，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶 解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用制備工藝已發(fā)展成熟的膠體晶體作為模板結(jié)合傳統(tǒng)的電化學(xué)沉積的 方法，通過(guò)在膠體晶體模板中電沉積填充金屬鎳，然后去除膠體晶體模板，實(shí)現(xiàn)模板的反復(fù) 制，最后得到鎳的反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。另外，還可以通過(guò)改變膠體晶體模板微球的直徑 來(lái)調(diào)節(jié)反蛋白石結(jié)構(gòu)的孔的直徑，達(dá)到調(diào)節(jié)光子帶隙的目的。


圖1低倍的鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的掃描電子顯微鏡照片。圖2高倍的鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，該光子晶體的材料成分是鎳，結(jié)構(gòu)是反蛋白石結(jié) 構(gòu)。制備方法的實(shí)施方式一一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備方法，其制備方法包括步驟一，首先將lcmX5cm的IT0玻璃片用洗潔精和水的混合溶液浸泡一天，然后 依次用丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水超聲清洗，吹風(fēng)機(jī)吹干后待用。步驟二，在清洗干凈的稱量瓶中放入10ml純凈水，然后用移液器吸取固相濃度為 12%的聚苯乙烯微球(微球直徑240nm)溶液200 yl加入稱量瓶中，制得膠粒固相濃度為 2. 4%。的懸濁液待用。步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入稱量瓶，每個(gè)稱量瓶中 放入兩個(gè)對(duì)稱的IT0玻璃基片。步驟四，把放置有IT0玻璃基片的稱量瓶放入電熱恒溫培養(yǎng)箱(DH2500，AB型)， 溫度控制在45°C，蒸干沉積過(guò)程中避免振動(dòng)，240h后溶劑蒸干制得三維膠體晶體模板。步驟五，利用三維膠體晶體模板制備反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體步驟A，配制反應(yīng)溶液，反應(yīng)溶液為 NiS04 2. 13mol/L，Ni (Cl)2 0. 35mol/L，H3B03 0.43mol/L ；步驟B，使用三電極系統(tǒng)通過(guò)電化學(xué)沉積法在膠體晶體中沉積金屬鎳，其中表面覆 有膠體晶體的IT0玻璃為工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，電化 學(xué)工作站使用的是上海辰華Chi660A電化學(xué)工作站，反應(yīng)電流為1. 5mA，持續(xù)反應(yīng)15分鐘， 反應(yīng)過(guò)程中保持60°C恒溫；步驟C，將步驟B制得的樣品放至盛有甲苯溶劑的20ml稱量瓶中，將樣品全部浸 泡，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。制備方法的實(shí)施方式二一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備方法，其制備方法包括
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步驟一，首先將lcmX5cm的IT0玻璃片用洗潔精和水的混合溶液浸泡一天，然后 依次用丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水超聲清洗，吹風(fēng)機(jī)吹干后待用。步驟二，在清洗干凈的稱量瓶中放入10ml純凈水，然后用移液器吸取固相濃度為 12%的聚苯乙烯微球(微球直徑2iim)溶液200iU加入稱量瓶中，制得膠粒固相濃度為 2. 4%。的懸濁液待用。步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入稱量瓶，每個(gè)稱量瓶中 放入兩個(gè)對(duì)稱的IT0玻璃基片。步驟四，把放置有IT0玻璃基片的稱量瓶放入電熱恒溫培養(yǎng)箱(DH2500，AB型))， 溫度控制在50°C，蒸干沉積過(guò)程中避免振動(dòng)，240h后溶劑蒸干制得三維膠體晶體模板。步驟五，利用三維膠體晶體模板制備反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體步驟A，配制反應(yīng)溶液，反應(yīng)溶液為 NiS04 2mol/L，Ni (CI) 2 0. 2mol/L，H3B03 0.2mol/L ；步驟B，使用三電極系統(tǒng)通過(guò)電化學(xué)沉積法在膠體晶體中沉積金屬鎳，其中表面覆 有膠體晶體的IT0玻璃為工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，電化 學(xué)工作站使用的是上海辰華Chi660A電化學(xué)工作站，反應(yīng)電流為1. 3mA，持續(xù)反應(yīng)10分鐘， 反應(yīng)過(guò)程中保持60°C恒溫；步驟C，將步驟B制得的樣品放至盛有甲苯溶劑的20ml稱量瓶中，將樣品全部浸 泡，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。制備方法的實(shí)施方式三一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備方法，其制備方法包括步驟一，首先將lcmX5cm的IT0玻璃片用洗潔精和水的混合溶液浸泡一天，然后 依次用丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水超聲清洗，吹風(fēng)機(jī)吹干后待用。步驟二，在清洗干凈的稱量瓶中放入10ml純凈水，然后用移液器吸取固相濃度為 12%的聚苯乙烯微球(微球直徑240nm)溶液200 yl加入稱量瓶中，制得膠粒固相濃度為 2. 4%。的懸濁液待用。步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入稱量瓶，每個(gè)稱量瓶中 放入兩個(gè)對(duì)稱的IT0玻璃基片。步驟四，把放置有IT0玻璃基片的稱量瓶放入電熱恒溫培養(yǎng)箱(DH2500，AB型))， 溫度控制在50°C，蒸干沉積過(guò)程中避免振動(dòng)，240h后溶劑蒸干制得三維膠體晶體模板。步驟五，利用三維膠體晶體模板制備反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體步驟A，配制反應(yīng)溶液，反應(yīng)溶液為 NiS04 3mol/L，Ni (CI) 2 0. 5mol/L，H3B03 0.5mol/L ；步驟B，使用三電極系統(tǒng)通過(guò)電化學(xué)沉積法在膠體晶體中沉積金屬鎳，其中表面覆 有膠體晶體的IT0玻璃為工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，電化 學(xué)工作站使用的是上海辰華Chi660A電化學(xué)工作站，反應(yīng)電流為1.6mA，持續(xù)反應(yīng)20分鐘， 反應(yīng)過(guò)程中保持60°C恒溫；步驟C，將步驟B制得的樣品放至盛有甲苯溶劑的20ml稱量瓶中，將樣品全部浸 泡，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。
權(quán)利要求
一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，其特征在于該光子晶體的材料成分是鎳，結(jié)構(gòu)是反蛋白石結(jié)構(gòu)。
2.一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的制備方法，其制備方法包括 步驟一，清洗IT0玻璃基片，吹干后待用；步驟二，制備膠粒固相濃度為2. 4%。的聚苯乙烯微球直徑為50nm 2 y m的懸濁液，并 將其放入第一個(gè)容器中；步驟三，將IT0玻璃基片以與懸濁液面成80度的角度放入步驟二的懸濁液中； 步驟四，將步驟三放入懸濁液中的IT0玻璃基片的第一容器放入恒溫培養(yǎng)箱，溫度控 制在45°C 50°C，240h后，聚苯乙烯微球懸濁液中的水蒸干，制得三維膠體晶體模板； 步驟五，利用三維膠體晶體模板制備鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體； 其特征在于利用三維膠體晶體模板制備鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的步驟 步驟 A，配制密度分別為 NiS04 2. 13mol/L,Ni (Cl)2 0. 35mol/L 和 H3B030 . 43mol/L 混合 溶液，并放入第二容器中；步驟B，將步驟四制備的三維膠體晶體模板，置入步驟A制備的混合溶液中；使用三電 極系統(tǒng)在三維膠體晶體模板中進(jìn)行金屬鎳電化學(xué)沉積；步驟C，用甲苯溶劑浸泡步驟B制得的樣品，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取 出，清洗，即得到鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。
全文摘要
一種鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體及其制備方法，涉及一種光電子材料及其制備方法。該光子晶體的材料成分是鎳，結(jié)構(gòu)是反蛋白石結(jié)構(gòu)。利用三維膠體晶體模板制備鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的步驟步驟A，配制密度分別為NiSO42.13mol/L，Ni(Cl)2 0.35mol/L和H3BO3 0.43mol/L混合溶液，并放入第二容器中；步驟B，將步驟四制備的三維膠體晶體模板，置入步驟A制備的混合溶液中；使用三電極系統(tǒng)在三維膠體晶體模板中進(jìn)行金屬鎳電化學(xué)沉積；步驟C，用甲苯溶劑浸泡步驟B制得的樣品，浸泡至三維膠體晶體模板被完全溶解，取出，清洗，即得到鎳反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。該制備方法簡(jiǎn)便。適用于光子器件、表面等離子體、光通信、太陽(yáng)能電池、催化材料及電池電極等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C30B30/02GK101892520SQ20101024095
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者何大偉, 富鳴, 王永生, 趙愛倫, 陶穎鐳 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)