具有不对称构筑基元的微结构阵列及其各向异性光学性质

本项目设计建立一种以非紧密堆积排列的二维胶体微球阵列为模板材料，利用聚合物点阵在外界诱导下发生形变的特性，制备特殊不对称聚合物微阵列结构的新方法。在此基础上，通过调控聚合物在外场作用下发生形变程度，结合选择性刻蚀、倾斜蒸镀等方法，将不对称微结构转移到其它材料包括金属、半导体等，制备吸收峰强度或峰位对于不同入射方向或偏振方向的电磁波具有各向异性变化的不对称微阵列结构。在此基础上，通过改变制备过程中微球阵列的尺寸、周期结构及刻蚀工艺，调控得到的微阵列的几何结构，结合理论模拟研究微观结构对材料各向异性光学性能的影响，并初步探索得到的不对称结构在各向异性光学器件、生物检测、传感等领域等方面的应用。

本项目设计发展一种制备具有各向异性光学性质的不对称微结构阵列的简便方法，结合非紧密堆积胶体晶体、聚合物诱导形变以及胶体晶体刻蚀技术构筑聚合物、金属、半导体等材料的不对称微结构阵列，系统研究微观结构与各向异性光学性质之间的关系，并初步探索制备的不对称微结构阵列在光学器件、检测、传感等领域的应用。. 在基金资助下，我们按照项目计划安排，完成了以上研究内容。主要研究成果包括：（1）发展了基于静电自组装的二维胶体晶体制备新方法，该方法可构筑大面积、层数可控、图案化及非平整基底表面的二维胶体晶体，并初步尝试利用图案化表面对胶体晶体的缺陷进行控制；（2）发展了响应性聚合物修饰纳米微结构阵列的方法，利用胶体晶体刻蚀技术对基底表面接枝的引发剂阵列进行纳米图案化组装或选择性刻蚀，然后进行表面引发原子转移自由基聚合，在基底上得到具有刺激响应特性和生物活性的微结构阵列；（3）优化聚合物形变微模塑和反应性离子刻蚀条件，以聚合物非球对称微阵列为掩板对石英、硅、金属等基底材料进行刻蚀，构筑非球对称微结构阵列，研究了光在材料表面的反射和透过性质；（4）发展了金属纳米粒子阵列、金属纳米环阵列、金属纳米孔阵列、金属纳米微粒组装体阵列等多种复杂微结构的构筑方法，并探讨了金属纳米微结构的等离子体光学性质，通过利用FDTD Solution等光学模拟软件，对所构筑的纳微结构进行光学理论模拟，与实验测试所得结果进行比较。. 相关研究工作共计发表 SCI 检索论文 21 篇；申请中国发明专利 2 项；培养博士毕业生2名，硕士毕业生2名；项目负责人2010 年获国家自然科学二等奖（第二完成人），2012年获基金委首批“优秀青年基金”项目资助，同年入选教育部“新世纪优秀人才计划”，以及吉林省“高校科研春苗人才培育计划”，2012年获9th World Biomaterials Congress, "Young Scientist Award"奖。