二氧化硅光子晶體的構(gòu)建及結(jié)構(gòu)生色研究

二氧化硅光子晶體的構(gòu)建及結(jié)構(gòu)生色研究

光緒銀器是一個帶旋轉(zhuǎn)軸的感性材料，由兩種或兩種以上的不同折射材料按一定順序排列，最顯著的特點是光的抑制。當(dāng)可見光落入該禁帶時,特定波長的光將不能通過,而在表面發(fā)生相干衍射,從而產(chǎn)生絢麗的結(jié)構(gòu)色膠體微球自組裝法本文采用Stue56eber法1實驗部分1.1實驗用化學(xué)試劑正硅酸乙酯(TEOS,分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司),氨水(分析純,杭州市高晶化學(xué)試劑有限公司),無水乙醇(分析純,無錫市佳妮化學(xué)試劑有限公司),去離子水(實驗室自制)。ZetasizerNanoS馬爾文粒度測試儀(英國馬爾文儀器有限公司);ULTRA55場發(fā)射掃描電鏡(德國ZEISS公司);JJ-1精密增力電動攪拌器(江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠);60KQ3200B型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);DigiEye數(shù)慧眼測色儀(英國VeriVide公司);佳能600D數(shù)碼相機(jī)(日本佳能公司)。1.2微球的水合平均粒徑和粒徑分布采用Stue56eber法,以正硅酸乙酯為硅源,氨水為催化劑,在乙醇和水的混合溶液中合成單分散二氧化硅微球。合成反應(yīng)在容量為250mL的三口瓶中進(jìn)行,先在三口瓶中加入一定量的無水乙醇、去離子水和氨水,打開恒溫磁力攪拌器,在25℃下攪拌10min(300r/min),混合均勻后加入無水乙醇和正硅酸乙酯混合液,快速攪拌2min后在(300r/min和25℃)下反應(yīng)20h,直到反應(yīng)結(jié)束。將得到的微球懸浮液在6000r/min轉(zhuǎn)速下離心分離,再用去離子水和無水乙醇各清洗3次,80℃烘干備用。采用馬爾文Nano-S動態(tài)光散射激光粒度儀測試二氧化硅微球的水合平均粒徑及其粒徑分布和粒子分布系數(shù)PDI;應(yīng)用ULTRA55場發(fā)射掃描電鏡和JEM2100透射電鏡觀察二氧化硅膠體微球的表面形貌。1.3織物表面結(jié)構(gòu)觀察應(yīng)用ULTRA55場發(fā)射掃描電鏡在1.5kV工作電壓下觀察光子晶體的表面形貌結(jié)構(gòu);應(yīng)用佳能600D數(shù)碼相機(jī)和HIROX公司的KH-7700三維視頻顯微鏡觀察滌綸織物上二氧化硅光子晶體結(jié)構(gòu)色;采用Digieye數(shù)慧眼系統(tǒng)測試光子晶體結(jié)構(gòu)色的反射率曲線。2結(jié)果與討論2.1ber法合成nm-ro根據(jù)修正的布拉格衍射方程應(yīng)用Stue56eber法,通過改變正硅酸乙酯、氨水和水的含量,合成了一系列平均粒徑在200~350nm的SiO圖2示出實驗制得的SiO2.2滌綸纖維表面形態(tài)在以往對光子晶體結(jié)構(gòu)色的研究中,所使用的自組裝基底大都為玻璃板等光滑平整硬質(zhì)基底。與蠶絲和棉等天然纖維相比,以滌綸為代表的合成纖維制品表面相對更光滑規(guī)整。由圖3可知,滌綸纖維表面光滑,織物經(jīng)緯紗規(guī)則交替排列整齊,表面雖有一定起伏,但仍然相對平整。與硬質(zhì)基底顯著不同的是,滌綸織物的經(jīng)緯紗線之間和纖維之間存在許多大小不一的空隙。圖4為滌綸織物上二氧化硅光子晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖,原本高度無序的SiO2.3從反射波長和觀察角度的變化看圖6示出不同粒徑二氧化硅微球自組裝的光子晶體結(jié)構(gòu)色。如圖6(a)所示,經(jīng)過垂直沉積自組裝,滌綸織物表面的SiO圖7示出自組裝滌綸織物的反射率曲線。由圖可知,隨著二氧化硅微球粒徑從312、290、279、260nm遞減到215nm,光子晶體結(jié)構(gòu)的最大反射波長λ由此可知,滌綸織物上二氧化硅光子晶體結(jié)構(gòu)色可通過變化二氧化硅膠體微球的粒徑實現(xiàn),并符合修正的布拉格衍射方程:式中:λ由布拉格衍射方程可知,光子晶體結(jié)構(gòu)色與膠體微球折光指數(shù)、微球粒徑、觀察角度等因素有關(guān)。在其他因素保持不變的前提下,膠體微球的粒徑增加,即d除改變膠體微球粒徑,還可通過改變觀察角度變化光子晶體結(jié)構(gòu)色。圖8示出滌綸織物上同一種光子晶體結(jié)構(gòu)在不同角度下的數(shù)碼相機(jī)照片?？煽闯?隨著觀察角度由0°變化到90°,滌綸織物上的光子晶體結(jié)構(gòu)色逐漸由橙色向橘黃色、淡黃色、黃綠色、綠色變化,即隨著觀察角度的增加,光子晶體結(jié)構(gòu)色顏色發(fā)生藍(lán)移,這與前述的布拉格衍射方程結(jié)果相一致,即粒徑的減小和觀察角度的增加都會造成光子晶體結(jié)構(gòu)色的藍(lán)移,與目測結(jié)果也非常吻合。圖9示出垂直自組裝滌綸織物雙面顏色。此外,與重力沉降自組裝只能在織物上產(chǎn)生單面結(jié)構(gòu)色不同,在垂直自組裝過程中,SiO3垂直自組裝法制備光子晶體結(jié)構(gòu)本文采用Stue56eber法,通過控制正硅酸乙酯、氨水和水的含量,合成單分散二氧化硅膠體微球,利用垂直沉積自組裝法,在滌綸織物兩面均能構(gòu)建生成三維有序的面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)二氧化硅光子晶體,呈現(xiàn)色彩鮮明的雙面結(jié)構(gòu)生色效果。通過控制二氧化硅膠體微球粒徑的大小和觀察角度可調(diào)節(jié)光子禁帶,進(jìn)而可調(diào)控滌綸織物上的光子晶體結(jié)構(gòu)色,該方法可作為紡織品傳統(tǒng)著色方式的有力補(bǔ)充。以2cm×5cm的長方形滌綸織物作為基底,采用垂直自組裝法在滌綸織物上制備光子晶體結(jié)構(gòu)。先將滌綸織物用去離子水超聲清洗10min,然后將1.2小節(jié)中制備得到的二氧化硅顆粒用無水乙醇稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.