基于六边形磁纳米片构建动态非晶态光学结构图案

doi:10.7503/cjcu20220123

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 20220123.doi: 10.7503/cjcu20220123

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基于六边形磁纳米片构建动态非晶态光学结构图案

李琳¹, 齐丰莲¹^,², 邱丽莉¹, 孟子晖¹()

^1.北京理工大学化学与化工学院, 北京 100081
^2.国家纳米科学中心，中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室, 纳米科学卓越创新中心，北京 100190

收稿日期:2022-03-01 出版日期:2022-08-10 发布日期:2022-04-22
通讯作者: 孟子晖 E-mail:mengzh@bit.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(22102039)

Dynamic Amorphous Photonic Structure Patterns Assembled by Hexagonal Magnetic Nanosheets

LI Lin¹, QI Fenglian¹^,², QIU Lili¹, MENG Zihui¹()

^1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China
^2.CAS Key Laboratory of Nanosystem and Hierarchical Fabrication，CAS Center for Excellence in Nanoscience，National Center for Nanoscience and Technology，Beijing 100190，China

Received:2022-03-01 Online:2022-08-10 Published:2022-04-22
Contact: MENG Zihui E-mail:mengzh@bit.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22102039)

摘要/Abstract

摘要：

采用高温溶剂热法制备六边形Fe₂O₃纳米片, 然后利用改进的St?ber法包覆SiO₂壳结构, 进一步采用气相还原法对纳米片进行还原, 得到了单分散六边形磁性复合Fe@SiO₂纳米片(FeNSs). 制得的FeNSs尺寸均一、分散性好, 且具有各向异性, 侧面总厚度为220 nm, 对角线总长度为400 nm. 还原后的纳米片具有铁磁性, 其饱和磁化强度为25.7 A·m²·kg^-1. 将FeNSs作为组装单元, 利用磁诱导作用力、蒸发诱导毛细管力和机械力的协同作用, 制备了一种基于片结构的新型非晶态光学纳米结构(APS), 通过调控外加磁场方向与基片平面夹角为0°, 80°和 90°, 可分别得到红色、绿色和紫色的APS. 通过扫描电子显微镜(SEM)和快速傅里叶转换技术(FFT)表征可知, 这种APS结构的形成主要归结于外加磁场对FeNSs长轴方向的诱导性控制. 此外, 利用APS的结构色对外加磁场方向的依赖性, 进一步制备了具有多种结构色的复合APS图案.

关键词: 非晶态光学结构, 磁纳米片, 自组装, 铁

Abstract:

Hexagonal Fe₂O₃ nanosheets were firstly prepared by a high-temperature solvothermal method. Then， a modified St?ber method was employed to coat Fe₂O₃ nanosheet with a SiO₂ shell， following with a gas-phase reduction method for the preparation of the monodisperse hexagonal Fe@SiO₂ nanosheet（FeNSs）. The obtained FeNS with the total side thickness of 220 nm and the total diagonal length of 400 nm has the advantages of uniform sizes， good dispersity and anisotropy. Notably， the FeNS was ferromagnetic with the saturation magnetization of 25.7 A·m²·kg^-1. Serving as building blocks， FeNSs assembled to a novel amorphous photonic structure（APS） under the synergistic effect of the magnetically induced force， evaporation-induced capillary force and mechanical force. By tuning the angle of magnetic fields from 0° to 80°and 90°（relative to the plane of substrates）， the chromatic APS patterns with red， green and purple was obtained， respectively. From the characterization of SEM and FFT， it is demonstrated that the assembly of APS is mainly attributed to the magnetically induced control of the long axis of FeNSs. Additionally， by using the dependence of the structural color of APS on the magnetic field orientation， various APS patterns with dynamic structural colors were also obtained.

Key words: Amorphous photonic structure, Magnetic nanosheet, Self-assembly, Iron

中图分类号:

O613.7

TrendMD:

李琳, 齐丰莲, 邱丽莉, 孟子晖. 基于六边形磁纳米片构建动态非晶态光学结构图案. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220123.

LI Lin, QI Fenglian, QIU Lili, MENG Zihui. Dynamic Amorphous Photonic Structure Patterns Assembled by Hexagonal Magnetic Nanosheets. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220123.

图/表 4

Fig.1 TEM image(A), SEM image(B), XRD patterns(C) and magnetization curve(D) of FeNSs

Fig.2 SEM images(A—C), 2D FFT patterns(D—F) and related microscopy images(insets) of APS assembled under different directions of magnetic fields(A, D) 0°; (B, E) 80°; (C, F) 90°.

Fig.3 Cross?view SEM images(A—C) and corresponding 2D FFT patterns(D—F) of APS assembled under different directions of magnetic fieldsθ： (A, D) 0°; (B, E) 80°; (C, F) 90°.

Fig.4 Microscopy images of APS patterns with different structural color by changing the direction of external magnetic fields(A) Intermediate red; (B) intermediate red?blue; (C) red?blue; (D) green?purple.

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Dynamic Amorphous Photonic Structure Patterns Assembled by Hexagonal Magnetic Nanosheets

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