以胶体晶体为模板进行低维材料生长研究及光子晶体缺陷制备

以胶体晶体模板法制备非反蛋白石结构低维材料，并进一步研究有序模板对低维材料择优生长的调制作用，是具有重要科学意义的全新课题，是对晶体形态学有益的扩展；同时它还具有良好的应用价值，可以被应用于制备光子晶体缺陷，使目前制备三维光子晶体缺陷的方法不再局限于微加工和部分微加工，使高效、经济的材料化学前沿方法（对介观结构生长控制）得以应用于光子晶体制备领域，是重要的应用基础探索。本课题拟采用生长习性分别为片、柱、微粒等形状的低维材料（ZnO、Cu2O等），通过胶体晶体模板法制得其具有有序孔的低维结构，进一步研究这些低维结构在多种制备环境下的生长取向性与结构特性，并从热力学、动力学角度进行理论分析，从而系统的研究有序模板的结构对称性对低维材料亚微米择优生长的调制机制；在制备低维材料的基础上，继续应用胶体晶体法制备其它材料的反蛋白石结构，进行将低维材料原位转化为反蛋白石结构光子晶体缺陷的方法研究。

本课题以胶体晶体为基础，通过胶体晶体模板法进行了多种材料的生长研究，重点进行了低维材料的生长研究，并利用低维结构的形态与位置控制，探索了光子晶体缺陷的可控引入方法。完成了任务书的研究内容及预期研究成果。具体的研究内容包括：.1) 通过无皂聚合的方法获得了羧基、羟基、氨基等表面官能团的单分散胶体微球，并组装成相应胶体晶体结构；研究了不同官能团胶体微球对氧化锌纳米片、反蛋白石结构等的生长调制作用。.2）通过胶体晶体模板，制备了具有相应晶体形状的氧化亚铜三维有序孔结构，研究了三维模板对生长低维氧化亚铜晶体形态的调制作用。胶体晶体模板不会改变氧化亚铜的形态，但是在不同溶液环境下，胶体晶体的存在改变不同离子的扩散与分布趋势，进而会降低或者提高氧化亚铜的分支生长程度。.3）研究了胶体晶体调制下的氧化锌纳米网的光学性能，在相同的胶体晶体模板作用下，相纳米网相对反蛋白石展现了不同位置的光子带隙。探讨了氧化锌纳米网优于氧化锌反蛋白石结构的敏感性能，氧化锌纳米网对水流速等横向作用力更加敏感，光子带隙位置及形态随水流速改变。.4）通过光刻胶辅助位置控制的胶体晶体，可以成功控制低维材料的生长位置。并成功通过水热方法获得三维有序孔结构。.5）在单一胶体晶体模板的作用下，通过不同材料或者不同维度的生长填充，获得了氧化锌、氧化钛反蛋白石结构光子晶体异质结，以及氧化锌纳米网、反蛋白石结构光子晶体异质结。.6）在通过胶体晶体模板制备低维材料后，进行三维反蛋白结构的完全填充，在完整保留反蛋白石结构的基础上进行模板和低维结构的去除，进而将低维材料原位转化为特定形状和位置光子晶体面缺陷、点缺陷.7) 通过胶体晶体二次模板法下的复形，经过氧化锌反蛋白石结构为模板，成功获得其它聚合物蛋白石阵列。.8）研究了聚合物基的光折变光子晶体，探明了电势对光折变光子晶体的调制作用，以及光子带隙对光折变特性的增强作用。