共自组装法制备耐高温SiBCN光子晶体

In this project, polyborosilazane (PBSZ) for SiBCN ceramics with good solubility,variable viscosity and refractive index, high ceramic yield and controllable Boron conten will be synthsized through co-ammolysis of choloride silane and BCl3. PBSZ-colloidal spheres composite will be prepared by co-assembly of PBSZ and mono-disperse polymer colloidal spheres suspension with a vertical deposition method or spin coating process. Finally, SiBCN photonic crystals (PCs) will be achieved after curing, pyrolysis and template removal processes.The influences of the PBSZ's molecular structure on the self-assembly of the mono-disperse polmer colloidal spheres will be investigated. The relationship between the composition and the crystalline phases in the pyrolyzed samples and opotical properties will be discussed. On the completion of this project, a new kind of polymeric precursor, which is suitable for the co-assembly process with polymer colloidal spheres will be developped and a novel kind of high-temperature resistance PCs will be prepared. These results will pave the way for combination of polymer-dericed ceramics approach and co-assembly method.

通过共胺解氯硅烷单体和三氯化硼，制备一系列具有良好溶解性、粘度和折光指数可调节、较高陶瓷产率、硼含量可控的SiBCN陶瓷前驱体聚硼硅氮烷PBSZ。将PBSZ与单分散聚合物小球混合成悬浮液，经垂直沉积或旋涂的共自组装方式得到PBSZ-胶体晶体小球复合物，再经固化、裂解并除去模板，制备得到SiBCN三维光子晶体。在此基础上，研究材料聚合物分子结构对单分散小球自组装的影响，以及其裂解产物高温情况下的组成变化和晶型转变对光子晶体光学性质和抗氧化能力的影响。本项目顺利完成可开发一类新型适用于共自组装方法的前驱体聚合物，发展一类新型耐高温光子晶体材料，并为聚合物前驱体转化陶瓷法和自组装模板法两种方法相结合打下基础。

光子晶体材料在光学通信、微光子设备、催化、传感、热光伏等领域具有重要的应用价值。本项目针对耐高温光子晶体的发展需求，从分子设计角度出发，发展了系列硼含量不同的SiBCN陶瓷前驱体聚合物，对其化学结构、裂解行为、高温性能进行了详细研究。在此基础上，通过模板法和共自组装法制备了系列具备不同光学带隙的SiBCN光子晶体，并对其光学性能、热性能进行了表征。针对SiBCN陶瓷前驱体裂解过程体积收缩大，光子晶体质量不高的问题，发展了新型的全氢聚硅氮烷陶瓷前驱体材料，并基于其制备了新型的光子晶体材料。. 本项目发展的新型耐高温SiBCN陶瓷前驱体种类，为国家亟需的耐高温材料提供了新选择。本项目发展的新型耐高温SiBCN光子晶体，对光子晶体在苛刻环境中应用具有重要意义。本项目提出的新型低体积收缩率前驱体为制备新型涂层和光子晶体材料提供新的可能。其中：本项目所研究的耐高温SiBCN陶瓷前驱体得到同行多个研究组的关注和应用，多个课题组基于其开展了新型陶瓷材料研究工作，相关结果发表SCI论文5篇以上。同时，本项目所研究材料也得到了军工部门的重视，基于其的复合材料、耐高温涂层材料正在军工部门进行应用性评价，有望得到实际转化应用。本项目执行过程中发表SCI论文2篇，申请专利3项，培养硕士研究生2名。