高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (2): 293.doi: 10.7503/cjcu20190482
收稿日期:
2019-09-10
出版日期:
2020-02-10
发布日期:
2019-12-19
通讯作者:
赵江红,赵永祥
E-mail:zhaojianghong@sxu.edu.cn;yxzhao@sxu.edu.cn
基金资助:
LI Jiefeng,ZHAO Jianhong(),ZHAO Yongxiang(
)
Received:
2019-09-10
Online:
2020-02-10
Published:
2019-12-19
Contact:
Jianhong ZHAO,Yongxiang ZHAO
E-mail:zhaojianghong@sxu.edu.cn;yxzhao@sxu.edu.cn
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摘要:
采用流动控制沉积法, 通过调控泵速和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球溶液的浓度, 制备出微球排列高度有序且薄膜紧密附着于基底的高质量光子晶体薄膜. 获得了制备高质量PMMA光子晶体薄膜的组装条件范围, 发现在该条件范围内, 当泵速或胶体微球溶液浓度一定时, PMMA光子晶体薄膜的厚度随胶体微球溶液浓度的增加或泵速的降低而增加. 研究了组装条件对PMMA光子晶体薄膜光学性能的影响, 发现光子禁带位置随光子晶体薄膜厚度增加或减少而红移或蓝移. 在此基础上, 控制组装条件得到了不同尺寸微球堆叠而成的叠层光子晶体薄膜, 并研究了其光学性能的变化规律. 结果显示, 叠层光子晶体薄膜的光子禁带峰为各层叠层光子晶体禁带峰的简单叠加, 且峰强度受光入射角方向影响.
中图分类号:
TrendMD:
李杰峰,赵江红,赵永祥. 流动控制沉积法制备PMMA叠层光子晶体薄膜及其光学性能研究. 高等学校化学学报, 2020, 41(2): 293.
LI Jiefeng,ZHAO Jianhong,ZHAO Yongxiang. Fabrication of Tandem PMMA Photonic Crystal Films by Flow-controled Deposition Method and Study of Their Optical Properties †. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(2): 293.
Fig.1 Schematic of colloidal crystals arranged by vertical self-assembly Vc: the growth rate of the product; Vw: the withdrawal rate of the substrate plate.
Sample | V(H2O)/mL | V(MMA)/mL | Temperature/℃ | Size/nm | Standard deviation | |
---|---|---|---|---|---|---|
PMMA-1 | 240 | 45 | 0.225 | 80 | 318 | 0.0084 |
PMMA-2 | 240 | 45 | 0.225 | 70 | 401 | 0.0073 |
PMMA-3 | 240 | 60 | 0.225 | 70 | 454 | 0.0104 |
Table 1 Polymethyl methacrylate(PMMA) colloidal microspheres with different sizes
Sample | V(H2O)/mL | V(MMA)/mL | Temperature/℃ | Size/nm | Standard deviation | |
---|---|---|---|---|---|---|
PMMA-1 | 240 | 45 | 0.225 | 80 | 318 | 0.0084 |
PMMA-2 | 240 | 45 | 0.225 | 70 | 401 | 0.0073 |
PMMA-3 | 240 | 60 | 0.225 | 70 | 454 | 0.0104 |
Fig.2 SEM images showing top view, side view(inset)(A—E) and digital photographs(F, G) of PMMA photonic crystals assembled by PMMA microspheres with a diameter of 401 nm(PMMA-2) Concentration of PMMA colloidal suspension(wPMMA) and velocity of pump(Vp)/(mL·min-1): (A) 0.6%, 0.23; (B) 0.6%, 0.34; (C) 0.6%, 0.45; (D) 0.8%, 0.45; (E) 1.0%, 0.45. Digital photographs from left to right correspond to samples shown in (A)—(E): (F) vertically; (G) at 45° reflection angle under natural light.
Fig.3 SEM images showing top view, side view(insets, up) and digital photographs(insets, down) of PMMA-2 photonic crystal thin films, optimized wPMMA-Vp conditions for assembling stable high-quality PMMA photonic crystal thin films(C) and relationship between assembly conditions and PMMA photonic crystal thinkness(D) Assembly conditions: (A) Vp=0.23 mL/min, wPMMA=0.4%; (B) Vp=0.67 mL/min, wPMMA=1.2%.
Fig.5 UV-Vis transmittance spectra of PMMA-2(A—C) and PMMA-1(a), PMMA-2(b) and PMMA-3(c)(D) photonic crystal in air showing photonic bandgaps along the [111] direction wPMMA(%) and Vp/(mL·min-1): (A) a. 0.6%, 0.23; b. 0.6%, 0.34; c. 0.6%, 0.45. (B) a. 0.6, 0.45; b. 0.8%, 0.45; c. 1.0%, 0.45. (C) a. 0.4%, 0.23; b. 0.6%, 0.34; c. 0.8%, 0.45; d. 1.2%, 0.67. (D) 0.6%, 0.34.
Fig.6 SEM images(A, B, D, E) and UV-Vis transmittance spectra(C, F) of tandem PMMA-2/1(A—C) and PMMA-2/3(D—F) photonic crystal films (A, D) Top view; (B, E) cross-sectional view. (C) a. +PMMA-2/1; b. -PMMA-2/1; (F) a. +PMMA-2/3; b. -PMMA-2/3.
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