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1.一种制备紫光波段的空气球二氧化钛光子晶体的方法，其特征在 于：包括以下四个步骤的： 1)样品池的制备： 首先将直径为几个毫米的空心玻璃管(1)的一端伸入开有小孔 的光学窗片(2)中，小孔直径比空心玻璃管的直径大0.1mm，用树 脂胶粘合，使空心玻璃管被粘合的一端不超出窗片的内层，小孔的 位置位于窗片中心与边缘的二分之一位置上； 光学窗片(2)与光学窗片(4)用树脂胶(3)粘合在一起，树 脂胶要预先涂在窗片(2)或窗片(4)的边缘部分，涂胶时在远离 窗片小孔的一端留下5～8mm的空隙作为渗水区域，胶的厚度由制 作模板所需要的厚度决定； 待胶体(3)干固后，在渗水通道中填入商品化的1μm大小的 高纯度二氧化钛粉与水的混合物，填入的深度为1～2mm，控制混 合物中水的比例以不能渗入窗片内部为准； 待填完二氧化钛粉后，将厚度为1～2mm的橡皮带(5)紧紧绕 在光学窗片外圆并用细铜丝将其扎紧，使干燥后的二氧化钛粉能保 持在窗片边缘； 制作样品池的整个过程要在干净的环境中进行； 2)聚苯乙烯光子晶体模板的制备： 用干净的注射器将商品化的聚苯乙烯悬浮液抽出注入盛有二次 蒸馏水的烧杯中，聚苯乙烯小球与水的体积比保持在1∶100-1∶1000 之间，将该烧杯放入超声波清洗池中，开启超声振荡器，使聚苯乙 烯小球在水溶液中形成单分散的均匀分布，振荡的时间为5～10分 钟； 用注射器将超声处理的稀释过的聚苯乙烯悬浮液注入样品池的 空心玻璃管(1)中，第一次注满后，将样品池放入干净操作箱中， 使玻璃管朝上，待样品池中的水慢慢由窗片(2)与窗片(4)之间 的渗水道渗出，在水还未完全渗出时再加一次聚苯乙烯小球的稀释 悬浮液，直到在渗水道内侧形成闪光的光子晶体层； 待生长的光子晶体层超过2mm宽度时，将高压钢瓶中氮气通过 一乳胶管接到样品池的玻璃管口，氮气压力的大小通过接在高压伐 上的氧吸入器上的浮标控制，氮气的流量要远小于0.01L/min；开启 超声波发生器，调节超声波发生器的功率，使其振荡幅度限制在微 振荡区域，将盛有样品池的玻璃烧杯放入超声波发生器的池中；在 整个晶体生长过程中，要在玻璃管中的悬浮液用完之前填充新的悬 浮液；这一填充过程要重复多次，直到样品池内部的空间全部晶化 完成，形成光子晶体模板； 3)聚苯乙烯光子晶体模板空隙的钛酸酯填充： 首先在光子晶体模板中加入纯乙醇溶液；然后将商品化的钛酸 乙酯或钛酸丁酯在分析级的乙醇溶液中稀释成母液并用滴管注入样 品池的玻璃管内，母液中钛酸酯与乙醇的体积比控制在1∶50～1∶100 之间；当玻璃管内注满母液后，迅速将充有N<sub>2</sub>气的软管接到样品池 的玻璃管上；乙醇中的水与钛酸乙酯产生化学反应，最后在光子晶 体模板的空隙中只留下TiO<sub>2</sub>；由于聚苯乙烯间隙的毛细作用，注入 的母液会充满晶体的整个空隙；样品在白炽灯下加热，加热温度在 40～50℃之间；待母液反应完毕后，再次加入钛酸酯母液；这一过 程需细心控制，重复十几到几十次此过程后，将渗水通道与抽气泵 连接起来，抽出空隙中的乙醇，即可加速填充过程及增加二氧化钛 的填充比率，直到填充过程进行到钛酸酯母液填充不进去为止，以 使TiO<sub>2</sub>最大程度地充满空隙； 4)填充后的聚苯乙烯模板的烧结： 烧结在有自动控制的加热炉中完成；加热速度为3～5分钟升高 1℃，加热温度达到540～570℃后，维持1～2小时恒温，然后关掉 加热炉电源使加热炉自然冷却；冷却后形成的即是空气球二氧化钛 光子晶体。 |
