響應性一維光子晶體有序結構薄膜的構筑及應用研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、光子晶體是由具有不同折射率的介質材料周期性排列而成的晶體材料,因其特殊的周期結構從而可以對特定頻率的光進行調控,其應用領域涵蓋了光學器件、電子器件、催化、傳感、顯示、檢測等眾多領域。作為結構最為簡單的光子晶體材料,一維光子晶體由于其制備方法簡便,光子禁帶調制簡易,近些年來受到了人們的廣泛關注。多功能響應性的一維光子晶體在各種物理化學及生物傳感器方面展現(xiàn)了廣闊的應用前景。在一維光子晶體的制備中,純無機材料體系的制備以及有了長足的發(fā)展,但是

2、有機無機雜化體系以及純有機聚合物體系的一維光子晶體以及非傳統(tǒng)結構一維光子晶體的制備仍然是研究工作的難點。同時,以一維光子晶體為基礎的刺激響應性檢測以及多重響應性檢測工作仍鮮有報道,基于一維光子晶體的新型能源器件更是研究的空白。本論文的工作正是基于這一研究背景展開的。
  本論文利用一維光子晶體的優(yōu)勢,選擇導電聚合物制備各類刺激響應性一維光子晶體,充分探究了一維光子晶體在多種結構制備,多重響應性能力以及新型超級電容器領域的應用,主要

3、工作分為以下幾個方面:
  1、利用旋涂的方法制備PANI/TiO2有機/無機雜化體系的一維光子晶體結構用于酸堿氣體響應性檢測。由于EB態(tài)的PANI在HCl和NH3作用下能夠發(fā)生摻雜和脫摻雜的可逆反應,并且引起PANI折射率發(fā)生變化,使得光子晶體的光子禁帶發(fā)生明顯的變化,導致一維光子晶體的結構色發(fā)生變化,實現(xiàn)對酸堿氣體的裸眼可視化監(jiān)測。同時,紫外光刻蝕制備的表面圖案能夠有效提高氣體檢測的可視化程度和實用便捷性。該實驗開創(chuàng)性的將導電

4、聚合物用于制備有機/無機雜化體系一維光子晶體,探究了單純由折射率變化引起的禁帶位置移動,并且將TiO2的光催化降解性能與光子晶體圖案化手段相結合,為進一步設計制備響應性一維光子晶體等提供了基礎。
  2、構筑了非傳統(tǒng)對稱結構的一維光子晶體,包括在傾斜一定角度的基底上旋涂PANI/SiO2構筑了具有梯度結構的一維光子晶體以及將單層導電聚合物PANI以單層形式摻雜組裝在SiO2/GO一維光子晶體薄膜的頂部雙層結構中形成PANI缺陷態(tài)S

5、iO2/GO一維光子晶體結構。這樣可以制備出具有多個光子禁帶的彩虹色一維光子晶體薄膜,將這樣的梯度結構薄膜用于酸堿氣體響應性實驗可以得到彩虹色漸變的響應性結果,并且用高光譜對該一維光子晶體以及響應性實驗進行了實時表征,同時,探究了缺陷態(tài)一維光子晶體特征峰和酸堿氣體響應性的關系并且還研究了缺陷層厚度與光子禁帶半峰寬及反射光譜強度之間的關系。該實驗開創(chuàng)性的制備了梯度結構一維光子晶體和導電聚合物缺陷態(tài)一維光子晶體,拓展了非傳統(tǒng)結構一維光子晶體

6、的制備手段和應用范圍,并且將高光譜成像系統(tǒng)用于實驗結果的表征,顯示了其在化學和生物彩色傳感器領域的應用潛力。
  3、利用旋涂的方法制備了TiO2/P(AA-bis-NiPAAm)一維光子晶體,探究了其pH/溫度雙重響應性質。同時,我們還探究了在響應性過程中,一維光子晶體反射峰強度變化和反射波長變化之間的關系,以及pH和溫度響應性之間的協(xié)同作用。該實驗開創(chuàng)性的利用P(AA-bis-NiPAAm)水凝膠制備出具有雙重響應性能力的一維

7、光子晶體,將響應性一維光子晶體的研究領域從以往的單一相應拓展到多重相應領域,并且探究了其在生物化學傳感器領域的應用潛力。
  4、通過旋涂法制備了具有pH/溫度雙重響應性能力的TiO2/P(AA-GO-NiPAAm)一維光子晶體,并且利用了GO在近紅外光的照射下的發(fā)熱性能使得P(AA-GO-NiPAAm)水凝膠層發(fā)生收縮,形成明顯的圖案。不僅探討了雙重響應性能力還闡明了聚合物一維光子晶體的膨脹收縮響應與浸潤性響應的關系,制備出了浸

8、潤性可控的圖案化一維光子晶體。該實驗開創(chuàng)性的利用P(AA-GO-NiPAAm)水凝膠制備出具有雙重響應性能力的浸潤性可調控的圖案化一維光子晶體,探究了pH、溫度、NiPAAm含量以及浸潤性能力之間的相互作用關系,將響應性一維光子晶體的研究進一步推向實用領域,促進了其在生物醫(yī)藥領域的應用。
  5、我們構筑了基于mPANI/P(AA-GO-NiPAAm)柔性自支撐一維光子晶體的超級電容器。制備得到的電容器厚度大約為3mm,電容能力達

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