Page 37 - 201905

第 5 期 寇玉胜，等: 基于聚合物的一维光子晶体研究进展 ·805·

功能性光子晶体材料。本文基于含有聚合物的一维
光子晶体进行论述，从组装材料角度分类，分析总
结了这类一维光子晶体的组装、特性及应用。在单
纯使用聚合物的有机/有机型一维光子晶体研究中，
主要探讨了两种特定结构的聚合物，即含有不同亲
疏水链节的二嵌段共聚物和基于表面活性剂的聚合
物的结构特点，组装一维光子晶体的原理，及在各
种可视化传感、光子晶体纸、构筑 3D 打印彩色立
体图案等方面的研究进展。而有机/有机型一维光子
晶体由于折射率差较小，通常要借助溶剂溶胀等方
法，调节光子禁带，实现其功能化应用。相比而言，
基于聚合物和无机材料的有机/无机杂化型一维光
子晶体更利于构筑反射率高、性能稳定的膜材料，
而且选材广泛，制备方法较简便。文中总结了多种
此类功能材料，包括 ZrO 2 /滑环弹性体纳米复合材
料、PpMS-ZrO 2 /PNIPAM、MOF/TiO 2 、P(MMA-BA)/TiO 2 、
PANI/聚（N-异丙基丙烯酰胺-氧化石墨烯-丙烯酸），

图 11 剥离下来得到的柔性自支撑一维光子晶体(a)；不 聚碳酸酯和 PDMS 分别填充的 TiO 2 /SiO 2 等用于制
同组装阶段的柔性紫外滤波器透射光谱(b)，空气 备有机/无机杂化一维光子晶体的研究进展，这类材
填充(黑色曲线)，PDMS 填充(红色曲线)，自支撑 料在应力、温度、有机蒸气传感、柔性超级电容器、
1DPC(绿色曲线)，柔性 1DPC(品红色曲线)
Fig. 11 The digital photographs of flexible self-supporting 紫外防护、太阳能电池等领域具有较好的应用价值。
1DPC (a), transmittance spectra of the interference 另外，通过组装材料的改变，引入其他功能聚
filter at variouspreparation stages(b), air-filled (black 合物，构筑具有新型功能性的一维光子晶体材料，
line), PDMS-infiltrated (red line), self-standing
1DPC (green line), blank test (magenta line) 拓宽应用领域，将是此类材料的研究方向；此外，
由于某些基于聚合物材料构筑的一维光子晶体具有
基于同样的原理，Míguez 课题组还以 ZrO 2 替
代 TiO 2 ，制备出多孔的 ZrO 2 /SiO 2 多层膜，同样采 靓丽的颜色和柔韧性，因此,可以设计将其用于纺织
纤维等柔性基材的着色，作为传统纺织染料、颜料
用填充 PDMS 的方法制备了柔性自支撑 1DPC。可
的替代品，实现更加安全、环保、稳定的着色，这
以通过改变 ZrO 2 和 SiO 2 的质量分数来调节反射峰
的位置。其中，ZrO 2 和 SiO 2 的质量分数分别为 2.5% 也是一维光子晶体的重要研究方向。目前研究的基
和 2.0%时，该薄膜在 250~300 nm 的紫外光区域有 于聚合物的一维光子晶体薄膜多以小面积组装为
很强的反射，最大反射率达 80%，具有很好的紫外 主，而且组装均匀性有待提高，如何大规模制备均
线防护效果 [64] 。 匀的功能性一维光子晶体是需要解决的问题，其有效
实施将为这类一维光子晶体材料的应用奠定基础。
在以上研究的基础上，Míguez 等还将 TiO 2 /SiO 2
1DPC 嵌入到染料敏化太阳能电池中，制备出效率 参考文献：
较高的柔性太阳能电池 [65] 。由于光子晶体层反射的
[1] Liu Cihui (刘慈慧). Fabrication and application of responsive
部分光线会再一次进入染料敏化太阳能电池层，从
one-dimensional photonic crystal ordered thin films[D]. Nanjing:
而提高了光的捕获效率，最大提高 18%，短路电流 Southeast University (东南大学), 2015.
密度最大提高 30%，开路电压提高约 5%。而且一维 [2] John S. Strong localization of photons in certain disordered dielectric
superlattices[J]. Physical Review Letters, 1987, 58(23): 2486-2489.
光子晶体的嵌入赋予了太阳能电池可调节的结构
[3] Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state
色，在光伏建筑一体化方面具有较好的应用价值。 physics and electronics[J]. Physical Review Letters, 1987, 58(20):
综合上述研究可知，有机/无机杂化型一维光子 2059-2062.
[4] Song Qinghai (宋清海), Xu Lei (徐雷). Theory and application of
晶体选材广泛，具有较高的反射率，可赋予柔性膜 photonic crystal[J]. Physics Experimentation (物理实验), 2004,
材料更多的功能，因而具有更广阔的应用前景。 24(6): 3-7.
[5] Kou Donghui (寇东辉), Ma Wei (马威), Zhang Shufen (张淑芬),
4 结论与展望 et al. Research progress on applications of one-dimensional photonic
crystal materialswith structural colors[J]. Chemical Industry and
Engineering Progress (化工进展), 2018, 37(4): 1468-1479.
一维光子晶体由于结构简单、组装物质丰富、 [6] Morandi V, Marabelli F, Amendola V, et al. Colloidal photonic
性能优异、组装方法多样简便，因此是一类理想的 crystals doped with gold nanoparticles: spectroscopy and optical