信息编码用高折射率光子晶体的构建及响应行为研究

作     者：陈子浩 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏杰

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：响应型光子晶体 硫化镉纳米粒子 高折射率 图案化 

摘      要：在光学信息编码功能材料中,光子晶体通过具有不同折射率材料的有序排列形成了可以反射特定波长电磁波的光子带隙(Photonic Band Gap)。将光子晶体与响应型材料结合,可以通过外界环境的刺激产生响应进而达到改变晶格参数实现光子晶体对不同波段光调控的目的。本文设计制备了具有高折射率的硫化镉光子晶体,并将其与响应型材料结合,通过角度依赖性、以及对上转换纳米粒子的荧光调控,制备出具有高折射率光子晶体,研究了它们的响应机理,探究了其在信息编码的应用。主要研究内容包括:1.基于硫化镉和二氧化硅胶体粒子的多角度图案化光子晶体薄膜通过胶体粒子的自组装以及紫外光固化的作用,制备了同时含有两种光子晶体的多角度图案化光子晶体薄膜。硫化镉折射率较高,而二氧化硅折射率较低,形成的两种光子晶体具有明显的角度依赖性差异。利用其角度依赖性的差异,设计了多角度变化的图案,通过入射光角度的改变实现信息存储、显示、以及防偷窥的功能。2.基于硫化镉和二氧化硅胶体粒子及上转换荧光调控复合光子晶体通过将上转换纳米粒子与硫化镉和二氧化硅胶体粒子分别复合,在毛细管力的作用下,通过胶体粒子自组装法制备了光子晶体/上转换纳米粒子复合材料。由于硫化镉具有较高的折射率,其形成的光子晶体对上转换荧光有着特殊的调控作用,能够有效增强荧光中的红色波段,使原本绿色的荧光变为黄色。利用二氧化硅和硫化镉对上转换荧光调控的差异,制备了具有不同荧光色的光子晶体/上转换纳米粒子薄膜。并且利用这种性质设计了具有信息编码功能的光子晶体点阵、防伪标签及图案化薄膜。综上所述,本论文研究了具有高折射率的硫化镉光子晶体并将其与响应型材料结合,该光子晶体材料在显示器件、防伪、信息加密等领域有广泛的应用价值。