基于聚合物前驱体的一维光子晶体薄膜制备和应用研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bldhdh
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一维光子晶体(1DPCs)具有制备简单、材料来源广泛且结构色易调控等优点,是光子晶体中最简单的结构,具有平整、光滑表面的硬质基底常用于制备1DPCs薄膜,但薄膜也因此难以实现柔性化,更难用于制备具有自支撑性的柔性薄膜。为解决该问题,本论文以溶液法构筑柔性1DPCs,并通过控制不同组分的厚度来调控结构色,得到自支撑的柔性薄膜。本论文通过在柔性基底表面交替旋涂、固化全氢聚硅氮烷(PHPS)和四正丁醇钛(TBT)溶液,得到SiOx/TiOx布拉格堆叠。其中,SiOx与柔性基底和SiOx与TiOx之间结合紧密,三者形成结构稳定的整体结构。通过多个堆叠周期构筑1DPCs,并研究了前驱体浓度、光入射角和弯折变形对光子禁带的影响。结果发现,前驱体浓度增大即厚度增大会导致光子禁带红移,而入射角增大和弯折变形状态则会导致禁带蓝移,这符合布拉格衍射方程描述的角度依赖性。通过调控厚度,本论文得到了具有明亮结构色的柔性SiOx/TiOx薄膜。基于薄膜的高反射率、角度依赖性和优异的结构稳定性,该薄膜在防伪、滤光和装饰等领域将具有巨大的应用潜力。SiOx/TiOx薄膜实现了稳定的柔性,但是仍受限于基底作用。为进一步得到完全脱离基底的自支撑的柔性1DPCs薄膜,本论文采用溶液法,以聚酰胺酸(PAA)热固化得到的聚酰亚胺(PI)为高折射率材料,与SiOx交替构筑1DPCs薄膜。该体系薄膜将PI作为第一层,在去离子水中利用PI的疏水性,实现薄膜与基底的快速分离。继续转移到疏水性基底上,待其表面水分蒸发,即可得到具有一定强度的自支撑柔性薄膜。本论文研究了前驱体浓度、旋涂转速、光入射角、弯折变形和极端环境对薄膜光学性能的影响。本论文涉及的无机材料具有连续且致密的结构,这与纳米颗粒结构不同,所以不用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等作为填充物以保持结构稳定性,同时也避免了填充物的浸入改变光子禁带的发生。因此,本论文实现了真正意义上的柔性薄膜,且具有良好的结构稳定性。
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