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摘 要

胶体光子晶体(Colloidal Photonic Crystal)指的是由一种或多种直径在微米或亚微米范围内、某种无机或有机聚合物颗粒的某一种参数在重力、静电力或毛细管力都基本一致的情况下自组装成二维或三维有序结构的一类材料。这种材料有一种典型的特征就是存在光子带隙，由于这种特征使其在集成光学、通信和多彩显示等方面有着广泛的应用前景。目前，垂直沉积的自组装法使用最多。

本文是利用接近沸腾条件的乳液聚合的方法快速制出聚苯乙烯的微球颗粒，再通过种子乳液聚合的方法在合成过程中添加丙烯酸作为功能性单体对胶体微粒表面进行修饰。PS颗粒通过使用PS颗粒的垂直沉积自组装的方法技术来制成的。在这个过程中，我观察了苯乙烯浓度、过硫酸钾用量等因素对制备PS颗粒的直径及物质的某个参数变化的影响，并运用金相显微镜观察胶体光子晶体膜的结构色，用反射光谱仪测量胶体光子晶体膜的禁带位置。再在制成的胶体光子晶体膜表面旋涂一层量子点/聚合物膜。通过调节旋涂速度、加速度、时间等参数，得到厚度均匀，荧光稳定的复合膜。

结果表明，由该方法制备的PS微球有良好的单分散性，垂直沉积法制备的胶体光子晶体膜对量子点有很强的荧光增强效应。有望运用于编码、传感器、仿生材料和量子点LED灯等领域。

关键词：胶体光子晶体 乳液聚合 垂直沉积法 量子点LED灯

Preparation of Colloidal Photonic Crystal and Its Application in Quantum Dot Fluorescence Enhancement

ABSTRACT

Colloidal photonic crystal (CPC) refers to one or more in the diameter of micron or sub-micron range, monodispersed inorganic or organic polymer particles in the gravity, electrostatic force or capillary force under the action of two-dimensional or a three-dimensional ordered structure of a class of materials. A typical feature of this material is the existence of photonic bandgap which could be applied to optics, communications and colorful displays.At present, the vertical deposition of self-assembly method used the most .

In this thesis, the monodisperse polystyrene (PS) microspheres were prepared by emulsion polymerization under near boiling conditions. The surface of the colloidal particles was modified by adding acrylic acid as a functional monomer by graft polymerization. In this process, we observed the effect of monomer concentration. The structure color of colloidal photonic crystal film was observed by metallographic microscope and measured by a reflectance spectrometer construction. By adjusting the parameters such as spin speed, acceleration, time and so on, we obtained a thickness uniform and fluorescence stability bi-layered film.

The results show that the PS microspheres prepared by this method have good monodispersity, and the colloidal photonic crystal films prepared by the vertical deposition method have significant improment for the enhancement of quantum dot fluorescence. This achievement is expected to be used in photonic crystal fibers, chemical sensing, bioanalysis and QLED lights and other fields.

Key words: Colloidal photonic crystal; Emulsion polymerization; Vertical deposition method; QLED light

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 胶体光子晶体简介 1

1.1.1 胶体光子晶体的定义 1

1.1.2 胶体光子晶体的性质 1

1.2 胶体光子晶体的制备方法 2

1.2.1 垂直沉积法 2

1.2.2 模板组装法 2

1.3 胶体光子晶体的应用 3

1.3.1 光子晶体光纤 3

1.3.2 化学传感 3

1.3.3 生物分析 4

1.3.4 量子点荧光增强 4

1.4 本文的研究内容 5

第二章 实验原料及装置 6

2.1 实验原料及设备 6

2.1.1 实验原料 6

2.1.2 仪器 6

2.2 实验方案 7

2.2.1 乳液聚合法制备单分散聚苯乙烯微球 7

2.2.2 种子乳液聚合法制备表面羧基改性的聚苯乙烯微球 8

2.2.3 垂直沉积法制备胶体光子晶体膜 9

2.2.4 旋涂法制备胶体光子晶体/量子点杂化膜 9

2.3 性能测试与表征 9

第三章 实验结果与讨论 10

3.1 乳液聚合制备单分散胶体光子晶体 10

3.1.1 乳液聚合机理 10

3.1.2 单体浓度对粒径影响 10

3.1.3 引发剂用量对粒径的影响 12

3.1.4 反应时间对粒径的影响 12

3.1.5 羧基改性聚苯乙烯表征 13

3.2 垂直沉积法制备胶体光子晶体膜 14

3.2.1 不同粒径胶体光子晶体膜的实物图 14

3.2.2 不同粒径胶体光子晶体膜的微观形貌 15

3.2.3 不同结构色胶体光子晶体膜的表征 15

3.3 胶体光子晶体用于量子点荧光增强 16

3.3.1 光子晶体/量子点杂化膜形貌分析 16

3.3.2 光子晶体/量子点杂化膜光学性能表征 17

3.3.3 光子晶体对量子点荧光强度的增强效果 17

3.3.4 光子晶体/量子点杂化膜荧光稳定性分析 18

3.4 图案化光子晶体/量子点杂化膜 19

3.4.1 丝网印刷技术简介 19

第四章 结论 22

参考文献 23

致谢 25

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