有序-无序结构双稳定形状记忆光子晶体的制备与应用

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ghtianli
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作为具有光子禁带的周期性电介质结构,光子晶体可以控制光的传播,因此过去几十年里受到了极大的关注。然而,对于常见的可调光子晶体,一旦外部刺激停止,临时的纳米结构和光学状态不能记忆和保持,而且光子带隙调控的范围比较小,目前大部分只能调控几十纳米范围。可重构光子晶体是指能够在外部刺激条件下可逆地改变和恢复其光学性质的材料,因而极大拓展了可调光子晶体的应用领域。形状记忆聚合物可以记住临时形状并且在外部刺激下回复到永久形状,是构建具有光学双稳态的可重构光子晶体理想的材料。与普通聚合物相比,具有微纳米结构的聚合物表面有更大的表面积,因而赋予聚合物材料在粘附、润湿或光学上的特殊性能。本文以SiO2光子晶体为模板,以在室温下压力(外力、毛细管力)“冷”赋形以及热(或溶剂)可恢复的形状记忆聚合物为基材,构筑了形状记忆反蛋白石结构光子晶体薄膜。该光子晶体具有光学双稳态和可逆性,在外界刺激下光子晶体的临时无序状态和永久有序状态可逆转变,并且外界刺激撤走后状态仍能保持,实现了颜色和光子禁带从无到有的突变。首先,以比例为4:1的聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)和乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)共聚物为基材,构筑了热响应形状记忆光子晶体。光子晶体在室温下毛细压力“冷”赋形使有序结构坍塌,80 oC时2.5 s有序结构完全恢复,光子带隙位移544 nm,同时产生了65%透光率差值,在光开关中有良好的应用前景。然后,以比例为1:5的PEGDA和聚氨酯丙烯酸酯(PUA)共聚物为基材,构筑了溶剂响应形状记忆光子晶体。光子晶体在1.25 MPa外压下使有序结构坍塌,丙酮润湿后完全恢复。良好的分辨率、光学可逆性和稳定性,使该光子晶体可以作为可重写和读取的光学数据存储介质。最后,以质量分数0.2%硫化亚铜掺杂的PEGDA和PUA(两者比例为1:5)共聚物为基材,构筑了光响应形状记忆光子晶体。光子晶体的有序结构在毛细压力作用下坍塌,980 nm激光(功率密度为7.5 W/cm2)照射2.6 s有序结构完全恢复。具有高可逆性和光学稳定性,可应用于激光笔直接书写的可重复使用设备中。
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