多重光子带隙荧光聚合物光子晶体薄膜的构建与性能

Polymer photonic crystal(PC) materials play a key role in various fields, including optoelectric field,sensing,displaying,etc, owing to their unique optical properties and responsive ability. In this project, we will use monodispersed fluorescent colloids as building blocks to construct large area polymer PC films with novel structure(multiple photonic bandgaps) and multiple functions (fluorescence and stimuli-response) via the conventional techniques (self-assembly, doctor-blading or spin-coating). We will create some novel methods for preparation of fluorescent polymer PC films with multiple photonic bandgaps and multiple stimuli-response.We will study the effect of various factors on the preparation of fluorescent polymer PC films with complex structure systematically. We will try to explore the inherent mechanisms between the photonic bandgaps and fluorescence property in fluorescent polymer PC films.Through systematically study of the effect of the external stimuli on the photonic bandgaps, structure color and fluorescence of fluorescent PC films, the relationships among various external stimuli-polymer morphology/photonic microstructure-physicochemical properties and the corresponding mechanisms have been revealed, which will lead to precise control of optical performance of fluorescent PC films and provide theoretical and experimental information for the design and preparation of polymer PC devices with high performances.

聚合物光子晶体材料由于其特殊的光学性质和响应能力在许多领域（如光电信息、传感、显示等）起到了重要作用。本项目将单分散荧光胶体粒子作为构筑单元，并通过传统制备技术（如自组装、旋涂或刮涂技术等）构建大面积新颖结构（具有多重光子带隙）、多功能（荧光和刺激响应）的聚合物光子晶体薄膜。建立和完善构建具有多重光子带隙、多重响应能力的荧光聚合物光子晶体薄膜体系的方法和途径，明确影响复杂结构荧光聚合物光子晶体薄膜制备的关键因素，弄清聚合物光子晶体薄膜光子带隙与荧光的相互作用机制。通过系统研究外场刺激对多重光子带隙、多重响应的荧光聚合物光子晶体薄膜的光子带隙、结构色彩、荧光性能的影响，明确外场作用-聚合物聚集态/光子晶体微观结构-材料物理化学性能之间的对应关系，揭示其内在的变化规律和响应机制，从而实现复杂结构荧光聚合物光子晶体薄膜光学性能的精确调控，为高性能聚合物光子晶体器件的设计与开发提供理论和实验依据。

高性能、多功能光子晶体在光电器件、传感器、显示器等领域具有广阔的应用前景。本项目首先通过水/溶剂热合成法合成了一系列适合引入光子晶体薄膜的荧光碳点，包括红、黄、绿、蓝以及白光发射碳点。其次，以多彩碳点作为荧光物质，将单分散胶体粒子作为构筑单元，通过传统制备技术（如自组装、旋涂技术等）构建大面积单重/多重光子带隙且具有荧光和结构色等功能的聚合物光子晶体薄膜。系统研究了各种合成因素对复杂结构荧光聚合物光子晶体薄膜制备的影响规律，明确了其中影响的关键因素。初步实现了具有双光子带隙结构的荧光聚合物光子晶体薄膜体系的制备方法和途径。系统研究了聚合物光子晶体薄膜光子带隙与荧光的相互作用机制。系统研究了外场刺激对荧光聚合物光子晶体薄膜的光子带隙、结构色彩、荧光性能的影响，明晰了外场作用-聚合物聚集态/光子晶体微观结构-材料物理化学性能之间的对应关系，阐明了其内在的变化规律和响应机制。实现了复杂结构荧光聚合物光子晶体薄膜光学性能的精确调控。完成了项目的研究内容，实现了预期目标，共发表相关论文16篇，参加国际/国内学术会议7次，培养研究生11名，申请中国发明专利8件（授权1件）。