刺激—响应聚合物复合一维光子晶体

论文摘要

光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构,是材料领域的研究热点,在物理光学器件,化学生物传感,生物医疗诊断等领域都有着广泛的应用。作为光子晶体中最简单的一种,一维光子晶体结构简单,制备方法简便,近些年来受到人们广泛关注。在本论文中,我们首先建立了一种基于bottom-up辅助旋涂的办法,选用二氧化钛纳米粒子或者惰性聚合物作为高折射率层,刺激-响应聚合物作为低折射率层,制备了聚合物/纳米粒子或者纯聚合物一维光子晶体,研究了其光谱性质；通过改变外界刺激条件,对其光谱性质进行调控；最后结合光刻技术,对制备的一维光子晶体进行加工,实现其在化学生物传感,防伪光子纸和光子鼻子传感器等领域的应用。在我们的体系中,制备方法简单快速,一维光子晶体光学质量良好,稳定性强,颜色明亮并且变化明显,响应速度快,重复利用性好,在不远的将来,具有重要的应用前景。

论文目录

• 提要
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 光子晶体
• 1.1.1 光子晶体简介
• 1.1.2 自然界中的光子晶体
• 1.1.3 光子晶体的制备
• 1.1.4 光子晶体的应用
• 1.2 一维光子晶体
• 1.2.1 一维光子晶体简介
• 1.2.2 自然界中的一维光子晶体
• 1.2.3 一维光子晶体基本理论
• 1.2.4 一维光子晶体光学性质调控
• 1.2.5 一维光子晶体的制备
• 1.2.6 一维光子晶体的应用
• 1.3 刺激-响应聚合物材料
• 1.3.1 刺激-响应聚合物简介
• 1.3.2 刺激-响应聚合物的制备
• 1.3.3 刺激-响应聚合物的分类及应用
• 1.4 本论文设计思路
• 第二章 聚合物/纳米粒子杂化一维光子晶体的制备、光学性质研究及调控
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2杂化一维光子晶体的制备'>2.2.2 PHEMA-PGMA/TiO₂杂化一维光子晶体的制备
• 2.2.2.1 PHEMA-PGMA制备
• 2的制备'>2.2.2.2 TiO₂的制备
• 2杂化一维光子晶体的制备'>2.2.2.3 PHEMA-PGMA/TiO₂杂化一维光子晶体的制备
• 2.2.3 测试仪器
• 2.3 结果与讨论
• 2的表征'>2.3.1 PHEMA-PGMA及TiO₂的表征
• 2杂化一维光子晶体的结构及光学性质表征'>2.3.2 PHEMA-PGMA/TiO₂杂化一维光子晶体的结构及光学性质表征
• 2杂化一维光子晶体光学性质的因素'>2.3.3 影响PHEMA-PGMA/TiO₂杂化一维光子晶体光学性质的因素
• 2.3.3.1 层数的影响
• 2.3.3.2 入射角的影响
• 2.3.3.3 周期的影响
• 2.3.3.4 缺陷的影响
• 2杂化一维光子晶体光学性质的调控'>2.3.4 湿度对PHEMA-PGMA/TiO₂杂化一维光子晶体光学性质的调控
• 2.3.4.1 响应过程及响应速度
• 2杂化一维光子晶体光学性质的调'>2.3.4.2 湿度对PHEMA-PGMA/TiO₂杂化一维光子晶体光学性质的调
• 2.3.4.3 响应重复性
• 2.4 本章小结
• 第三章 刺激-响应聚合物/纳米粒子杂化智能一维光子晶体在可视检测上的应用
• 3.1 引言
• 2杂化一维光子晶体彩色检测有机溶剂'>3.2 利用PMMA-PEGMA-PHEMA/TiO₂杂化一维光子晶体彩色检测有机溶剂
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 实验原料
• 3.2.1.2 PMMA-PEGMA-PHEMA的制备
• 2的制备'>3.2.1.3 TiO₂的制备
• 2杂化一维光子晶体的制备'>3.2.1.4 PMMA-PEGMA-PHEMA/TiO₂杂化一维光子晶体的制备
• 3.2.1.5 测试仪器
• 3.2.2 结果与讨论
• 2的表征'>3.2.2.1 PMMA-PEGMA-PHEMA及TiO₂的表征
• 2杂化一维光子晶体的结构和光学性质'>3.2.2.2 PMMA-PEGMA-PHEMA/TiO₂杂化一维光子晶体的结构和光学性质
• 3.2.2.3 有机溶剂检测
• 3.2.2.4 禁带移动的影响因素
• 3.2.2.5 光子晶体与聚合物作用机理
• 3.2.2.6 响应速度、重复性及响应机理
• 2杂化一维光子晶体可视检测pH'>3.3 利用PDMAEMA/TiO₂杂化一维光子晶体可视检测pH
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.1.1 实验原料
• 2的合成'>3.3.1.2 PDMAEMA及TiO₂的合成
• 2杂化一维光子晶体的制备'>3.3.1.3 PDMAEMA/TiO₂杂化一维光子晶体的制备
• 3.3.1.4 测试仪器
• 3.3.2 结果与讨论
• 2的表征'>3.3.2.1 PDMAEMA及TiO₂的表征
• 2杂化一维光子晶体结构及基本光学性质'>3.3.2.2 PDMAEMA/TiO₂杂化一维光子晶体结构及基本光学性质
• 3.3.2.3 pH检测
• 2杂化光子凝胶彩色检测硫氰酸跟'>3.4 利用质子化的PDMAEMA/TiO₂杂化光子凝胶彩色检测硫氰酸跟
• 3.4.1 实验部分
• 3.4.1.1 实验原料
• 2的制备'>3.4.1.2 PDMAEMA及TiO₂的制备
• 2杂化一维光子晶体的制备'>3.4.1.3 PDMAEMA/TiO₂杂化一维光子晶体的制备
• 3.4.1.4 测试仪器
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.4.2.1 检测原理
• 3.4.2.2 硫氰酸根检测
• 3.4.2.3 抗干扰实验
• 3.4.2.4 响应速度和重复性
• 3.4.2.5 阴离子与光子凝胶作用机理
• 3.5 本章小结
• 第四章 光刻辅助一维光子晶体图案化
• 4.1 引言
• 4.2 利用聚合物一维光子晶体制备简易光子纸
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.1.1 实验原料
• 4.2.1.2 聚异丙基丙烯酰胺-聚甲基丙烯酸环氧丙酯（PNIPAM-PGMA）的制备
• 4.2.1.3 PNIPAM-PGMA/PMMA多层膜的制备
• 4.2.1.4 测试仪器
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.1 PNIPAM-PGMA的表征
• 4.2.2.3 PNIPAM-PGMA/PMMA多层膜的结构及光学性质表征
• 4.2.2.4 加工聚合物布拉格堆积制备一维光子纸
• 4.2.2.5 聚合物多层膜及光子纸的温度响应行为
• 4.3 利用紫外光辅助降解图案化聚合物/纳米粒子杂化一维光子晶体
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.1.1 实验原料
• 4.3.1.2 PMMA-PEGMA-PHEMA及二氧化钛的制备
• 2杂化一维光子晶体的制备'>4.3.1.3 PMMA-PEGMA-PHEMA/TiO₂杂化一维光子晶体的制备
• 4.3.1.4 测试仪器
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.3.2.1 PMMA-PEGMA-PHEMA及二氧化钛的表征
• 2杂化一维光子晶体降解过程研究'>4.3.2.2 PMMA-PEGMA-PHEMA/TiO₂杂化一维光子晶体降解过程研究
• 2杂化一维光子晶体制备彩色图案'>4.3.2.3 刻蚀PMMA-PEGMA-PHEMA/TiO₂杂化一维光子晶体制备彩色图案
• 2杂化一维光子晶体检测有机溶剂'>4.3.2.4 利用PMMA-PEGMA-PHEMA/TiO₂杂化一维光子晶体检测有机溶剂
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 作者简历
• 致谢
• 摘要
• Abstract