专利名称：锗三维光子晶体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锗光子晶体的制备方法。
背景技术：
光子晶体是一种介电常数呈周期变化的新型光学材料，在光子晶体内部某 些频段的电磁波强度因破坏性干涉呈指数衰减，无法在介质中传播，形成电磁 波能隙。光子晶体按结构可分为一维、二维和三维，三维的光子晶体在各个方 向都呈现光子带隙，在光学器件、半导体激光器、光子晶体光纤等领域具有广 泛的应用前景。因而人们对光子晶体的制备极为关注。
近年来，采用自组装方法可以获得具有蛋白石结构的光子晶体，如聚苯乙
烯(PS)光子晶体。但是蛋白石结构得不到完全的光子带隙，要形成完全光子 带隙，要求折射率比大于2.8，而蛋白石结构PS光子晶体达不到要求。故采用 在聚苯乙烯小球模板的孔隙中沉积高介电常数的物质，洗去聚苯乙烯小球模板 后，可得到的反蛋白石结构，可以产生完全光子带隙。目前，胶体晶体模板的 制备技术已经逐渐趋近成熟，而向模板的空隙填充高介电常数物质是制备三维 光子晶体的关键。近几年发展的填充方法有化学气相沉积(CVD)、脉冲激 光溅射法(PLD)，离子溅射法和纳米晶渗入法。但这些方法普遍存在的工艺 复杂，无法完全填充模板的问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有制备锗三维光子晶体的方法锗无法完全填充 模板的问题，而提供一种锗三维光子晶体的制备方法。
锗三维光子晶体的制备方法按以下步骤实现 一、倾斜沉积法制备聚苯乙
烯小球模板将经清洗的ITO玻璃基片倾斜浸入体积浓度为0.2% 0.3%的聚 苯乙烯小球水溶液中，在65。C下静置72小时，即在ITO玻璃基片表面生长出 聚苯乙烯小球模板，然后降至室温，取出ITO玻璃基片，密闭干燥保存；二、 配制电解液将水含量低于2ppm的1已基-3甲基咪唑三全氟烃基三氟磷酸盐 (英 文名称 为 l-hexyl曙3-methylimidazoliumtris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate，縮写为[Hmim]FAP)离子液体与纯度为 99.99999% (质量)的GeCU混合，配成锗离子的摩尔浓度为0.1~lmol/L的电
解液，然后密封放置一天；三、三电极电沉积法在聚苯乙烯小球模板原位生长 锗采用聚苯乙烯小球模板作为工作电极、纯度为99.999% (质量)的铂丝作 为对电极、纯度为99.999% (质量)的银丝作为参比电极，采用密封放置的电 解液，先进行CV曲线的扫描，获得还原电位，在CV曲线扫描测得还原电位 下沉积四个小时；四、化学刻蚀法去除聚苯乙烯小球模板用有机溶剂溶解掉 聚苯乙烯小球模板，即得锗三维光子晶体。
现有技术中填充率为40°/0~70%，本发明方法在聚苯乙烯小球模板原位还 原锗的三维结构光子晶体，填充率达100%;本发明中锗的介电常数较高，并 且填充率达100%，从而在近红外和可见光范围产生完全光子带隙。本发明方 法工艺简单，操作方便。
图1是具体实施方式
九中步骤一制得产物的扫描电镜照片，图2是具体实 施方式九方法制得产物的扫描电镜照片，图3是具体实施方式
九方法制得产物 的反射谱图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式锗三维光子晶体的制备方法按以下步骤实 现 一、倾斜沉积法制备聚苯乙烯小球模板将经清洗的ITO玻璃基片倾斜
浸入体积浓度为0.2%~0.3%的聚苯乙烯小球水溶液中，在65。C下静置72小时， 即在ITO玻璃基片表面生长出聚苯乙烯小球模板，然后降至室温，取出ITO 玻璃基片，密闭干燥保存；二、配制电解液将水含量低于2ppm的1已基-3 甲基咪唑三全氟烃基三氟磷酸盐离子液体与纯度为99.99999%(质量)的GeCl4 混合，配成锗离子的摩尔浓度为0.1 lmol/L的电解液，然后密封放置一天； 三、三电极电沉积法在聚苯乙烯小球模板原位生长锗采用聚苯乙烯小球模板 作为工作电极、纯度为99.999% (质量)的铂丝作为对电极、纯度为99.999% (质量)的银丝作为参比电极，采用密封放置的电解液，先进行CV曲线的扫 描，获得还原电位，在CV曲线扫描测得还原电位下沉积四个小时；四、化学 刻蚀法去除聚苯乙烯小球模板用有机溶剂溶解掉聚苯乙烯小球模板，即得锗三维光子晶体。
本实施方式方法在聚苯乙烯小球模板原位还原锗的三维结构光子晶体，填 充率达100%;本实施方式制得的锗三维光子晶体产生完全光子带隙。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中ITO 玻璃基片倾斜角度为70度。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中聚苯乙 烯小球是单一球径聚苯乙烯小球。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤一中聚苯乙
烯小球的尺寸为200 800nm。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤一中聚苯乙 烯小球的尺寸为400 600nm。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤一中聚苯乙 烯小球的尺寸为500nm。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤一中聚苯乙 烯小球的尺寸为200nm。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤一中聚苯乙 烯小球的尺寸为800nm。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤一中聚苯 乙烯小球的直径为320nm。其它与具体方式三相同。
本实施方式的步骤一中ITO玻璃基片的尺寸为1.1cmX4cm;步骤一中ITO 玻璃基片的电阻为IO欧姆；步骤二中制备的电解液在手套箱中密封放置一天 步骤三中；用聚四氟乙烯电解池限制沉积面积为0.3cm2。
本实施方式中锗在聚苯乙烯小球模板中原位生长，填充率达100%，图1 可知，模板中聚苯乙烯小球的直径为320nm，尺寸均一，标准偏差小于5%， 小球呈现出规则的六角密排，图2可以看出本实施方式制备的锗三维结构光子 晶体孔径在500nm，反蛋白石结构，尺寸均一，填充率高，表面光滑，为面心 立方(111)晶面堆积，图3可以看出在近红外和可见光范围，有明显的、较 宽的反射峰出现，表明锗的三维结构光子晶体有完全光子带隙。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
K不同的是步骤二中配制的电解液的摩尔浓度为0.2~0.8mol/L。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中配制 的电解液的摩尔浓度为0.1mol/L。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中配制 的电解液的摩尔浓度为lmol/L。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中配制 的电解液的摩尔浓度为0.5mol/L。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十不同的是步骤一中ITO 玻璃基片的清洗方法为依次用丙酮、甲醇和超纯水分别超声清洗20min。其它 与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 ITO玻璃基片的电阻为10~100欧姆。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 ITO玻璃基片的电阻为30~70欧姆。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 ITO玻璃基片的电阻为50欧姆。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 ITO玻璃基片的电阻为IO欧姆。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤一中 ITO玻璃基片的电阻为100欧姆。其它与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤四中有
机溶剂为四氢呋喃、甲苯或氯仿。其它与具体实施方式
十五相同。
权利要求
1、锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于锗三维光子晶体的制备方法按以下步骤实现一、倾斜沉积法制备聚苯乙烯小球模板将经清洗的ITO玻璃基片倾斜浸入体积浓度为0.2％～0.3％的聚苯乙烯小球水溶液中，在65℃下静置72小时，即在ITO玻璃基片表面生长出聚苯乙烯小球模板，然后降至室温，取出ITO玻璃基片，密闭干燥保存；二、配制电解液将水含量低于2ppm的1已基-3甲基咪唑三全氟烃基三氟磷酸盐离子液体与纯度为99.99999％(质量)的GeCl4混合，配成锗离子的摩尔浓度为0.1～1mol/L的电解液，然后密封放置一天；三、三电极电沉积法在聚苯乙烯小球模板原位生长锗采用聚苯乙烯小球模板作为工作电极、纯度为99.999％(质量)的铂丝作为对电极、纯度为99.999％(质量)的银丝作为参比电极，采用密封放置的电解液，先进行CV曲线的扫描，获得还原电位，在CV曲线扫描测得还原电位下沉积四个小时；四、化学刻蚀法去除聚苯乙烯小球模板用有机溶剂溶解掉聚苯乙烯小球模板，即得锗三维光子晶体。
2、 根据权利要求1所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于步骤 一中聚苯乙烯小球是单一球径聚苯乙烯小球。
3、 根据权利要求1所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于步骤 一中聚苯乙烯小球的尺寸为200 800nm。
4、 根据权利要求1所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于步骤 一中聚苯乙烯小球的尺寸为400 600nm。
5、 根据权利要求1所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于步骤 一中聚苯乙烯小球的尺寸为500nm。
6、 根据权利要求2、 3、 4或5所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特 征在于步骤一中ITO玻璃基片的清洗方法为依次用丙酮、甲醇和超纯水分别 超声清洗20min。
7、 根据权利要求6所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于步骤 一中ITO玻璃基片的电阻为10~100欧姆。
8、 根据权利要求7所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于步骤 二中电解液的锗离子摩尔浓度为0.2 0.8mol/L。
9、 根据权利要求7所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于步骤二中电解液的锗离子摩尔浓度为0.5mol/L。
10、 根据权利要求8或9所述的锗三维光子晶体的制备方法，其特征在于 步骤四中有机溶剂为四氢呋喃、甲苯或氯仿。
全文摘要
锗三维光子晶体的制备方法，它涉及一种锗光子晶体的制备方法。它解决了现有制备锗三维光子晶体的方法中锗无法完全填充模板的问题。本发明方法如下倾斜沉积法在制备聚苯乙烯小球模板；配制电解液；三电极电沉积法在聚苯乙烯小球模板原位生长锗；化学刻蚀法去除聚苯乙烯小球模板，即得锗三维光子晶体。本发明方法制得的锗光子晶体填充率达100％，且具有完全光子带隙。本发明方法工艺简单，操作方便。
文档编号C30B29/08GK101435110SQ200810209609
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者昕 刘, 孟祥东, 垚 李, 赵九蓬, 辛伍红 申请人:哈尔滨工业大学