Page 201 - 《精细化工》2021年第8期

第 8 期 林田田，等: 不同粒径 SiO 2 粒子混合制备光子晶体结构色薄膜 ·1695·

2 结果与讨论 为 570 和 490 nm。薄膜颜色的波长与 SiO 2 粒径的关
系可用修正后的布拉格方程来表示 [25] ：
2.1 SiO 2 粒径对结构色的影响 λ max =1.633dn eff （1）
图1a和 c分别为S A 和S B 的光子晶体薄膜的SEM
式中：λ max 为材料最大反射峰波长，nm；d 为 SiO 2
图。由图 1a 和 c 可以看出，SiO 2 纳米粒子呈球形且 粒子的直径，nm；n eff 为材料的有效折射率。
粒径分布均匀，粒子间排列有序。当 EtOH 用量为 从式（1）可以看出，λ max 与 d 呈正比，即波长
53 mL 时，SiO 2 粒径为 285 nm（S A ）；当 EtOH 用量 随粒径的减小而减小。当 SiO 2 粒径从 285 nm 减小
为 62 mL 时，SiO 2 粒径为 247 nm（S B ）。另外，两 到 247 nm 时，薄膜的反射峰波长从 570 nm 减小到
种粒子的 PDI 分别为 0.017、0.029，均小于 0.1。利 490 nm，即颜色出现蓝移现象。
用 Image J 软件对 S A 和 S B 光子晶体薄膜的 SEM 的 2.2 混合比例对结构色的影响
傅里叶变换（2D-FFT）进行分析，结果见图 1b 和 d。 为研究两种 SiO 2 纳米粒子的混合比例对薄膜结
由图 1b 和 d 可以看出，2D-FFT 图形均表现为六边 构色的影响，在 1.3 节条件下制备光子晶体薄膜，
形对称的晶体结构，具有各向异性。 其反射率谱图如图 3a 所示，5 种混合比例〔m(S A )∶
m(S B )=10∶0、7∶3、5∶5、3∶7、0∶10〕的光子
晶体薄膜的反射峰波长分别为 570、550、520、510、
490 nm。从图 3b 可以得出，混合比例的变化导致反
射峰的连续移动，且两者间呈现高度吻合的线性关
2
系（R =0.9736），由此证明改变两种粒径的混合比
例可得到不同的结构色。

图 1 S A 光子晶体薄膜的 SEM 图（a）及 2D-FFT 转换图
（b）；S B 光子晶体薄膜的 SEM 图（c）及 2D-FFT
转换图（d）
Fig. 1 SEM image (a) and 2D-FFT conversion diagram (b)
of S A photonic crystal film; SEM image (c) and 2D-
FFT conversion diagram (d) of S B photonic crystal
film

图 2 为垂直观测角度下 S A 和 S B 光子晶体薄膜
的反射率波谱。

图 2 垂直观测角度下 S A 、S B 光子晶体薄膜的反射率
谱图
Fig. 2 Reflection spectra of S A and S B photonic crystal
films observed at vertical angle

由 S A 和 S B 构筑的光子晶体薄膜的反射峰分别