聚苯乙烯光子晶体的制备及性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

光子晶体的概念最早在1987年由s.john[1]和e.yablonovitch[2]分别独立提出,这是一种介电常数和折射率成周期性变化的物质。这种折射率周期性变化的结构将产生光子禁带,在该禁带范围内的光波照射其上时将会发生全反射,形成色彩(结构色)。这种周期性结构赋予了光子晶体特殊性能,例如其稳定可设计的颜色使其在纤维[3]、功能涂料、显示器材[4]等方面得到应用;其光子禁带可以在通信[5]、红外隐身材料[6]等方面得到应用;其对光子的特殊作用也有望应用于光催化领域[7]。例如,受生物启发,有不少学者对光子晶体表面润湿性及超疏水结构设计进行了研究,大大拓宽了光子晶体在传感、检测、太阳能电池等领域的应用[8];kanako watanabe等[9]研究了受磁场控制的核心位置可变的具有核/壳结构的胶体晶体,以期在生物医学及光学领域得到更广泛的应用。

在自然界中也有许多光子晶体存在,如蛋白石、孔雀羽毛和蝴蝶翅膀等[10-11],它们斑斓的色彩即是由其特殊的周期性变化的微观结构而产生的。经过科学家的不懈努力,我们现在也能够人工合成出胶体晶体,称为人工蛋白石。其中制备技术较为成熟的胶体微球包括二氧化硅微球[12]、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球及共聚物微球[13-14],其制备过程大体分为两部分:单分散纳米级微球的制备和自组装成光子晶体。常见的光子晶体的自组装方法包括重力沉降、垂直沉降、电泳沉积、离心沉积、涂覆沉积、界面自组装法[15]

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:(1)以苯乙烯(ps)为原料,十二烷基苯磺酸钠(sdbs)为乳化剂,过硫酸钾(kps)为引发剂,通过传统乳液聚合方法制备单分散的聚苯乙烯微球;(2)以苯乙烯(st)为原料,过硫酸钾(kps)为引发剂,不使用乳化剂采用无皂乳液聚合方法制备单分散的聚苯乙烯微球;(3)以苯乙烯(st)和n-异丙基丙烯酰胺(nipam)为原料,十二烷基苯磺酸钠(sdbs)为乳化剂、过硫酸钾为引发剂通过核-壳乳液聚合方法制备聚苯乙烯共聚物微球;(4)将合成的聚合物微球通过垂直沉积法制备得到三维聚合物光子晶体。

材料表征:红外光谱仪对合成的聚合物进行测试分析,激光粒度分析仪测量微球粒径及分布,用扫描电子显微镜对制备的聚合物光子晶体进行形貌表征,反射光谱仪测试聚合物光子晶体薄膜的反射光谱。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-9周:按照设计方案,通过乳液聚合制备聚苯乙烯和聚苯乙烯共聚物微球,并通过自组装制备三维光子晶体,探究其性能。

第10-12周:对三维光子晶体进行表征,红外光谱仪对合成的聚合物进行测试分析,激光粒度分析仪测量微球粒径及分布,用扫描电子显微镜对制备的聚合物光子晶体进行形貌表征,光纤光谱仪测试聚合物光子晶体薄膜的反射光谱。探究不同聚合条件对合成的聚合物微球的影响,以及不同的聚合物微球对自组装所得的三维光子晶体性能的影响。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] john s. strong localization of photons in certain disordered dielectricsuperlattices[j]. physical review letters, 1987, 58: 2486-2489.

[2] e. yahlonovitch,t. j. cmillei. inhihited spontaneous emission insolid-state phsics and electrionics[j]. review letters,1987,53(20):2059-2062.

[3]孟佳意,县泽宇,李昕,等.光子晶体纤维的制备及应用[j].材料导报,2017,31(5):106-111.

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