光子晶体结构材料的制备及其应用研究

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光子晶体结构材料是指对组成光子晶体的胶体微球进行修饰或者在胶体微球的空隙间填充金属氧化物、聚合物或功能成分,得到的具有光子晶体结构的功能化材料。本文分别制备了蛋白石结构的水凝胶光子晶体材料和三维有序多孔的氧化亚铜光子晶体材料,并对其应用展开了研究。本论文研究的主要内容包括以下两个方面:1、先采用乳液聚合法制备了210 nm的聚苯乙烯微球,然后利用垂直沉积法制备出聚苯乙烯胶体晶体模板。通过优化水凝胶前驱液中各组分含量和选择合适的功能成分,在聚苯乙烯微球的空隙间填充这种水凝胶前驱液,引发聚合后得到乙二胺四乙酸(EDTA)功能化的具有蛋白石结构的聚丙烯酰胺水凝胶光子晶体。实验结果表明在pH 5.5时,EDTA修饰的水凝胶光子晶体对溶液中的Pb2+具有良好的可逆响应性。考察了pH值、离子强度、响应时间等因素对Pb2+响应过程的选择性和灵敏性的影响,还重点考察了Cu2+对Pb2+的测定干扰。结果表明在pH 5.5时,在10-9mol/L-10-3 mol/L浓度范围内,该类水凝胶光子晶体的布拉格衍射峰变化值与Pb2+浓度的对数呈线性关系,且Cu2+的干扰较小。因此,利用该类光子晶体可以简便快速的测定水溶液中Pb2+浓度。2、利用垂直沉积法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备了聚苯乙烯胶体晶体,然后以醋酸铜、醋酸钠溶液为电解质溶液,利用电沉积法在聚苯乙烯胶体晶体微球空隙间沉积氧化亚铜。电沉积结束后,用四氢呋喃浸泡除去聚苯乙烯胶体晶体模板,得到了三维有序多孔的氧化亚铜光子晶体。借助扫描电子显微镜表征,考察了微球乳液浓度、沉积电压、沉积时间以及四氢呋喃浸泡时间等因素对氧化亚铜光子晶体表面形貌的影响,确定了制备三维有序多孔结构的氧化亚铜光子晶体的最佳实验条件。通过对比实验发现三维有序多孔氧化亚铜光子晶体薄膜在日光下对罗丹明B催化降解效率高于无孔致密氧化亚铜薄膜。
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