磁性规则大孔材料制备及自组装过程的数值分析

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shengli1011
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近年来,具有规则大孔结构的材料由于其在光电子、催化、分离膜,微电极、生物医学以及传感器等领域的广泛应用,从而成为研究热点之一。其中关于磁性光子晶体的研究尚处于起步阶段,但其具有的特殊性质已经引起人们的广泛兴趣和高度的重视。磁性光子晶体因为由磁性材料构建的多孔结构会受外部磁场影响而发生形变,从而导致其光学性质发生变化,相关研究表明,具有磁性的光子晶体材料是最有希望实现光子带隙可调的结构材料。   本论文工作采用胶体颗粒自组装共沉积方法,以四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒和聚苯乙烯(Polystyrene)亚微米微球为成膜材料,制备出了规则大孔薄膜材料,并对其表面形貌、磁学、光学性质进行了分析。另外,运用通用CFD(Computational Fluid Dynamics)计算软件Fluent对自组装机理及液相流动影响进行了数值分析,分析结果为深入认识自组装机理,从而优化控制条件及探索高品质材料制备工艺提供了理论基础。   1.在国内首次使用共沉积方法制备出了具有一定磁性的规则大孔薄膜材料。通过尝试改变沉积液中四氧化三铁纳米颗粒和聚苯乙烯微球的体积比,根据制得薄膜的表面形貌进行筛选,获得配比沉积液的最佳比例分数。   2.对制备的Fe3O4规则大孔磁性薄膜分别通过扫描电子显微镜,振动磁强计和光纤光谱仪进行表面形貌、磁学以及光学性质的表征。证实了制得薄膜确实为具有规则大孔结构的软磁性薄膜,光学表征证实该薄膜在波长为800nm处具有明显的光子带隙结构。   3.通过数值分析,并结合实际薄膜生长工艺探索,得到了蒸发速率、成膜边界对成膜质量的影响关系,籍此对薄膜制备过程给出了有益的参考意见,对运用自组装方法制备规则大孔材料提供了理论分析基础。
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