【摘 要】
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受自然界中结构色生物的启发,具有特殊微纳结构、可反射特定波段的光子晶体已经成为微纳光学、可视化传感等领域的研究热点。其中,对于制备微纳结构具有一定局限性的材料,利用光子晶体的孔隙结构作为模板制备微纳结构可以提高可控性,以及实现对微纳结构的设计。此外,具有机械响应性的光子晶体常作为可视化传感器用于人机交互式传感。本文旨在探究形貌可调的硫系玻璃微球制备与双模信号应变传感器应用。主要研究内容如下:（1）
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受自然界中结构色生物的启发,具有特殊微纳结构、可反射特定波段的光子晶体已经成为微纳光学、可视化传感等领域的研究热点。其中,对于制备微纳结构具有一定局限性的材料,利用光子晶体的孔隙结构作为模板制备微纳结构可以提高可控性,以及实现对微纳结构的设计。此外,具有机械响应性的光子晶体常作为可视化传感器用于人机交互式传感。本文旨在探究形貌可调的硫系玻璃微球制备与双模信号应变传感器应用。主要研究内容如下:（1）探究单分散基本单元的制备与光子晶体的构筑方法。其一,利用无皂乳液法通过调控单体（苯乙烯）的浓度,得到粒径范围在240～510 nm内的单分散聚苯乙烯微球;其二,探究了二元共组装法制备光子晶体结构,及光子晶体质量的影响因素。（2）传统制备硫系玻璃微球的方法为熔融法,但难以制备结构复杂的微球（多孔微球等）、需要高温环境等。利用光子晶体的结构特性并结合液相法与模板法制备微球的特点,探索了形貌可调的硫系玻璃微球制备方法——液相模板法。其中形貌调控的关键因素为前驱体溶液的粘度以及加热过程中前驱体溶液和模板之间的表面张力。此外,将液相模板法进行拓展,可制备其他形貌的硫系玻璃微纳结构。（3）光子晶体作为可视化传感器通常具有一定的局限性,如肉眼无法监测微小形变、无法简易量化应变。利用光子晶体的结构色特性并结合电学信号,提出了一种面向人体健康的双模纤维应变传感器,具有较大应变监测范围（0%～100%）、高灵敏度（0.1%）与动态颜色响应（红色至蓝色）,可满足不同的应用场景。对于人体微小形变,通过高灵敏度的电信号监测;对于人体大型应变,通过纤维颜色变化将应变信息反馈给使用者以实现可视化交互,同时电学信号可提供精确的应变数据。本论文利用光子晶体的两种特殊性质——结构特性与结构色特性研究了两方面的应用:提出了一种高效、低成本的制备形貌可调、粒径均匀的硫系玻璃微球的方法,有望在中红外光电设备中找到多种应用;制备了一种面向人体健康的双模应变传感器,同步输出光电信号,可满足不同应用场景,有望应用于可穿戴织物、人机交互和智能机器人领域。
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