光子晶体以其特殊的周期结构和可以对光子传播进行调控的特性被称为“光学半导体”，被认为是未来光子工业的材料基础。近年来，光子晶体的结构、制备和光学特性研究受到全球范围内的高度关注，并在各类光学器件、光导纤维通讯和光子计算等领域呈现广阔的应用前景。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学所有机固体和新材料实验室的科研人员针对目前光子晶体制备和应用开展了广泛研究(Acc. Chem. Res. 2011, 44, 405-415; J. Mater. Chem. 2011, 21, 14113-14126)。他们通过结构设计，制备了具有硬核－软壳结构的乳胶粒，制备了具有特殊紧密堆积结构的高强度光子晶体（Macromol. Chem. Phys., 2006, 6, 596-604, Cover）。利用这种具有特殊乳胶粒结构的胶体晶体实现了在高灵敏度检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7258-7262；J. Mater. Chem. 2012, 22, 21405-21411; Lab Chip 2012, 12, 3089-3095）、光信息存储（Adv. Mater. 2010, 22, 1237-1241, highlighted by Asia Materials），界面浸润性调控（Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4436-4441. Cover)）等方面的应用，并实现了单晶光子晶体膜的制备（NPG Asia Mater.2012, 4, e21）。

在以上研究基础上，他们提出了一种简便的基于超疏水低粘附基材制备具有窄带隙光子晶体的方法。应用该方法制备得到的光子晶体反射光谱半峰宽可达到12 nm。胶体乳液在超疏水低粘附基材上干燥过程中形成回缩的三相接触线，及时释放了由于乳胶粒收缩产生的应力，从而避免了光子晶体膜产生裂纹。这种简便的制备窄带隙光子晶体的方法将为设计和制备新型光学器件提供新的思路。该研究结果发表在近日出版的《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17053−17058）上。

 

图1 制备得到的光子晶体的反射光谱(A)以及SEM图像(B)，插图为其光学照片

 

图2 在高粘附基底(A)和超疏水低粘附基底(B)组装的机理示意图

 

 

有机固体院重点实验室 绿色印刷重点实验室

2012年10月30日