Page 202 - 《精细化工》2021年第8期

·1696· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

材料的平均粒径，如图 3c 所示。由图 3c 可以看出，
随着 247 nm SiO 2 质量分数的增加，样品的平均粒径
减小，光子晶体薄膜的结构色也逐渐蓝移，符合布拉格
定律。图 3d 为 SiO 2 粒径与反射峰波长的关系图，
2
2
相关系数 R 为 0.8678（R >0.8 表明相关性较好），
说明 SiO 2 粒径与反射峰波长存在高度吻合的关系。
另外，研究发现，由单一粒径 SiO 2 组成的光子
晶体薄膜具有角度依赖性，颜色随角度的变化而变
化；而具有两种粒径 SiO 2 的光子晶体薄膜具有低角

图 3 垂直观察角度下不同混合比例的光子晶体薄膜的 度依赖性，随着观察角度的改变，颜色变化较低。
反射率波谱（a）；反射率波谱中的反射峰波长与 图 4a~c 为两种粒径 SiO 2 光子晶体薄膜的 SEM 图以
247 nm SiO 2 质量分数的关系图（b）；平均粒径与 及 SEM 图的 2D-FFT 转换图，m(S A )∶m(S B )分别为
247 nm SiO 2 质量分数的关系图（c）；反射峰波长 7∶3、5∶5、3∶7。由图 4a~c 可以看出，不同于图
与平均粒径的关系图（d） 1a 和 c 中光子晶体结构的有序排列，混合粒径的
Fig. 3 Reflection spectra of photonic crystal films with
different mixing ratios observed at vertical angle SiO 2 光子晶体呈现出长程无序的晶体结构，这种无
(a); Relationship between reflection peak wavelength 定形的晶体结构导致了低角度依赖性；2D-FFT 图中
and mass fraction of 247 nm SiO 2 (b); Relationship
between average particle size and mass fraction 247 的中心对称圆环也表征了这种各向同性的非晶体结
nm SiO 2 (c); Relationship between reflection peak 构。图 4d、e 验证了这一现象，在 3 种观察角度下，
wavelength and average particle size of SiO 2 (d)
285 nm SiO 2 组成的光子晶体薄膜的反射峰波长变

改变混合比例从而获得不同的结构色，其主要 化明显，具有角度依赖性；当 m(S A )∶m(S B )=5∶5
原因在于 SiO 2 平均粒径的改变。利用 DLS 测得 5 种 时，反射峰波长变化较小，说明角度依赖性较低。

a—m(S A)∶m(S B)=7∶3；b—m(S A)∶m(S B)=5∶5；c—m(S A)∶m(S B)=3∶7；d—m(S A)∶m(S B)=10∶0；e—m(S A)∶m(S B)=5∶5

图 4 不同混合比例 SiO 2 光子晶体薄膜的 SEM 及 2D-FFT 转换图（a~c）；不同观察角度下的 SiO 2 光子晶体薄膜的反射
率波谱（d、e）
Fig. 4 SEM images and 2D-FFT conversion diagrams of SiO 2 photonic crystal films with different mixing ratios (a~c);
Reflection spectra of SiO 2 photonic crystal films under different viewing angles (d, e)

2.3 墨水质量分数对光子晶体结构色的影响 薄膜呈现的结构色泛白（图 5a），甚至观察不到结
两种不同粒径混合的 SiO 2 光子晶体薄膜具有长 构色。为解决这一问题，加入墨水以吸收非相干散
程无序的无定形排列结构，受非相干光散射的影响， 射光，进而提高了光子晶体结构色的饱和度。将质