Page 51 - 精细化工2019年第10期

第 10 期 常屏南，等: 形状记忆光子晶体对发光的可逆调控及图案化 ·2017·

晶体对量子点、稀土材料、荧光染料等发光物质有 型搅拌机，艾卡(广州)仪器设备有限公司；PT-305
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良好的发光调控作用。Lodahl 等 将 CdSe 量子点嵌 型电脑式拉力试验机，东莞市普赛特检测设备有限
入二氧化钛光子晶体中，观察到在光子带隙区域一 公司；MIT 系列金相显微镜、BK-FL 荧光显微镜，
个较宽的频率范围内，量子点的自发辐射速率受到 重庆奥特光学仪器有限责任公司。
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了抑制；宋宏伟等 构建了镧系化合物的三维反蛋 1.2 荧光染料掺杂 SMPCs 材料的制备
白石光子晶体，观察到了高灵敏度的发光量子效率 去模板法合成反蛋白石 SMPCs 可以分为 4 个
调制作用。但是受传统光子晶体材料的限制，每种 步骤：
光子晶体器件的微结构对应的光子带隙是固定的，因 （1）使用 Stöber 法制备均匀分散的 SiO 2 微球：
此难以对发光进行可逆调控。如果能够对光子晶体的 取一定量氨水、16 mL 乙醇和水混合（总体积
结构进行人为控制，进而实现材料对发光的可逆调控， 50 mL），记为 A 液；取 6 mL TEOS 和 44 mL 无水
将在显示、防伪、信息存储等领域得到极大的拓展。 乙醇，混合均匀，记为 B 液。然后，把 B 液迅速加
形状记忆聚合物是一种可以在外界刺激的作用 入 A 液中，混合均匀，30 ℃水浴条件下反应 2 h。
下，从临时态恢复到其“记忆”的永久形状的智能 将所得到的 SiO 2 颗粒从反应液中离心分离，用乙醇
材料。将形状记忆聚合物的形变和记忆能力与光子 洗涤 5 次。得到的 SiO 2 颗粒直径范围在 200~400 nm，
晶体相结合，使得光子晶体的微结构具备形状记忆 通过改变氨水、正硅酸乙酯的浓度来调节 SiO 2 颗粒
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能力，从而实现对其光子带隙的可逆调控 。本课 的大小 [12] 。
题组和 Fang 等报道了系列光子晶体微结构能够在 （2）使用食人鱼溶液（H 2 SO 4 /H 2 O 2 ，质量比 7∶
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温度 、溶剂 [10] 、压力 [11] 等条件下实现可逆转变的 3）对石英玻璃进行亲水改性 [13] 。将改性后的玻璃片
形状记忆光子晶体（SMPCs），实现了对其光子带隙 作为基板浸入 SiO 2 微球的乙醇溶液中，使用自组装
的可逆调控。 法制备 SiO 2 三维蛋白石光子晶体模板。
本文设计了一种聚乙二醇（600）双丙烯酸酯 （3）将质量分数分别为 0.050%、0.075%、
（PEGDA）和四官脂肪族聚氨酯丙烯酸酯（PUA） 0.100% 、 0.125% 的荧光素染料乙 醇 溶液加入 到
共聚物体系的 SMPCs 材料，嵌入荧光染料后，通过 PEGDA 和 PUA（质量比 1∶5）的混合物中，在 80
外界作用力和温度刺激来控制 SMPCs 的光子晶体 ℃下搅拌分散并蒸干乙醇溶剂，使荧光染料均匀分
微结构，调控其光子带隙，进而实现了对染料发光 散在聚合物单体混合物中作为前驱体备用。将制备
的可逆调控。不仅如此，材料表面进行图案压印后， 好的前驱体溶液渗入到 SiO 2 光子晶体模板中，以
在不同光学条件下可以观察到多重图案，材料在显 1173 作为光引发剂，在 365 nm 的紫外光照射下进
示、信息存储等领域展示出良好的应用前景。 行光固化，紫外光源功率 12 W，光固化时间 3 min。
记为 PEGDA-PUA。
1 实验部分
（4）待液态的单体完全聚合为共聚物薄膜后，
1.1 试剂与仪器 将薄膜浸泡在质量分数 4%的氢氟酸溶液中，完全除
正硅酸乙酯，工业级，天津市科密欧化学试剂 去 SiO 2 模板，得到荧光染料掺杂的 SMPCs，用于后
有限公司；氨水，分析纯，天津市大茂化学试剂厂； 续实验探讨。
无水乙醇、氢氟酸，优级纯，天津市天力化学试剂 1.3 结构表征与性能测试
有限公司；1，2-丙二醇，分析纯，天津市化学试剂 SEM：在样品表面喷金 10 s 后，在工作电压 5 kV
三厂；2-羟基-2-甲基苯丙酮、荧光素〔2-(6-羟基-3- 下进行测试。荧光发射性能测试：狭缝设定为
氧代-3H-呫吨-9-基)苯甲酸〕，阿拉丁试剂有限公司； 2.5 nm，在 700 V 电压下采用荧光分光光度计测试，
聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、四官脂肪族聚氨 测量范围 400~800 nm。使用反射模式的红外光谱表
酯丙烯酸酯（PUA）、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮 征聚合物的聚合状态。力学性能测试：采用拉力试
（光引发剂 1173），分析纯，DSM 化工有限公司。 验机测定，规定 100 mm/min 的拉伸速率。反射光谱
EQUINOX55 傅里叶变换红外光谱仪、F-7000 表征：正反射条件下表征 SMPCs 光子带隙位置。荧
荧光分光光度计，日本日立公司；FLS 920 稳态/瞬 光寿命测试：使用荧光光谱仪进行荧光寿命测试，
态荧光光谱仪，英国 Edinburgh Analytical 狭缝宽度设定为 0.1 nm，时间范围 50 ns。采用纳米
Instruments 公司；Nova Nanosem 450 场发射扫描电 压痕测试表征聚合物的塑性形变，最大负载深度为
子显微镜，美国 FEI 公司；EQ-2000 微型光纤光谱 3000 nm。将进行光栅、点阵掩模版进行图案化处理
仪，上海辰昶仪器设备有限公司； EUROSTAR 20 的 SMPCs 分别置于金相显微镜、荧光显微镜下观察