有序金属微球阵列光子晶体的制备与光学性能研究

具有三维完全带隙的光子晶体因其可以控制光子的运动，近年来一直是研究的热点。但是迄今世界上还很少有成功合成可见光区具有完全带隙的光子晶体的报道。理论计算表明面心立方结构的金属或金属-介质亚微米微球阵列在可见光区存在三维完全的光子带隙。本项目结合两步模板法及电化学沉积法制备三维或二维有序金属亚微米微球阵列薄膜光子晶体材料。首先合成高度有序蛋白石薄膜并以之为起始模板，制备不导电聚合物（如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））大孔纳米网（又称反蛋白石），再以不导电纳米网为第二步模板，通过电化学沉积，合成一系列层数可控，高度有序的金属（如银和金）亚微米微球阵列。通过对这些新型结构材料的紫外/可见光谱进行研究，发现在可见光区具有完全光子带隙的金属光子晶体，并掌握金属球径、球阵列层数、球填充率以及金属种类的改变导致的光学性能和光子带隙变化规律，为金属光子晶体的理论和实践研究提供依据。

具有三维完全带隙的光子晶体因其可以控制光子的运动，近年来一直是研究热点。但是迄今世界上还很少有成功合成可见光区具有完全带隙的光子晶体的报道。理论计算表明面心立方结构的金属或金属-介质亚微米微球阵列在可见光区存在三维完全的光子带隙。本项目以三维有序大孔纳米网（反蛋白石）薄膜为模板，制备有序金属亚微米微球阵列薄膜光子晶体材料。我们通过一步法共沉积聚苯乙烯（PS）胶体球和二氧化硅（SiO2）前驱体得到了大面积无裂缝、长程有序的SiO2大孔纳米网。以SiO2大孔纳米网为模板，首次通过化学沉积（无电沉积）法制备得到了大面积有序的金属（如金和铂）亚微米微球阵列薄膜材料。通过对这些新型结构材料的紫外/可见光谱进行研究，发现了在可见光区具有完全光子带隙的金属Au微球阵列薄膜光子晶体，并发现金属种类和金属球径对光子带隙具有重大影响。本研究为金属光子晶体的理论研究提供了重要实验依据。