首页> 正文

ZIF-8光子晶体的制备及其光学传感性能研究

2020-12-02阅读(153)

ZIF-8光子晶体的制备及其光学传感性能研究

论文摘要

光子晶体是由两种或者两种以上不同介电常数的物质在空间周期性排列而成的一类新型光学材料。由于光子晶体具有光子禁带这一重要特性,因此其在光子晶体传感器、太阳能电池和光学显示器件等领域都具有广泛应用。传统的光子晶体传感器主要存在如下问题:（1）制备时需要引入功能材料,导致其结构稳定性较差;（2）难以实现折射率相似以及化学性质相似物质的区分;（3）难以实现对于不同分子尺寸物质之间的区分。MOFs作为一种新型多孔材料,具有高的比表面积,大的孔道率以及可调的孔道结构等特点。本文将MOFs材料应用于光子晶体传感器,利用MOFs自身具有的孔道,实现传统光子晶体传感器不能实现的分子尺寸性的选择以及折射率相近物质的区分,同时能够实现常见有机物质的可视化检测。本文通过表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的调节,制备出粒径在120 nm270 nm之间,形貌规则的ZIF-8。接下来对组装条件进行优化,得到最优的组装工艺。在简单滴涂的基础上,将ZIF-8分散在不同配比的混合溶液中,根据接触角以及反射光谱得到最佳分散溶液的比例为水:乙醇=1:1。在玻璃片上固化一层PDMS以增强样品与基底之间的结合力。组装温度优化为60℃,制备出一系列具有不同结构色光子晶体。随后,利用自行搭建的装置测试光子晶体传感器对于烷烃、苯类、醇类蒸气的响应,获得光子晶体反射峰位以及恢复时间的变化情况。结果表明尺寸大于ZIF-8孔道的分子造成的反射峰移动在10 nm以下,可以进入ZIF-8孔道的分子造成的反射峰移动在30 nm以上。故光子晶体具有区分不同尺寸分子的能力,根据反射峰位恢复时间的不同,能够实现折射率相近物质的区分。除此之外,实验制备的光子晶体传感器能够实现可视化检测,并且具有不错的循环稳定性。为研究其他MOFs是否也能组装为光子晶体,合成另一种MOFs材料（UiO-66）,探究了乙酸浓度以及原料液浓度对于UiO-66形貌与粒径的影响,实验发现乙酸最佳添加量为2.8 mol/L,同时UiO-66的粒径随二者浓度的升高而降低。采用ZIF-8的组装工艺成功地将UiO-66组装为光子晶体,这拓宽了MOFs光子晶体的研究思路与应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究的目的和意义
  •   1.2 光子晶体简介及其制备方法
  •   1.3 光子晶体传感器
  •     1.3.1 光子晶体传感器简介
  •     1.3.2 光子晶体传感器响应机理
  •     1.3.3 光子晶体传感器类型
  •   1.4 MOFs的研究现状
  •     1.4.1 MOFs的合成方法
  •     1.4.2 MOFs的应用
  •   1.5 本文的主要研究内容
  • 第2章 实验材料与研究方法
  •   2.1 实验药品与实验仪器
  •     2.1.1 实验药品
  •     2.1.2 实验仪器
  •   2.2 材料结构与性能的表征方法
  •     2.2.1 扫描电子显微镜分析
  •     2.2.2 X射线衍射分析
  •     2.2.3 氮气吸脱附分析
  •     2.2.4 热重分析
  •     2.2.5 傅里叶红外光谱分析
  •     2.2.6 接触角测试分析
  •     2.2.7 动态光散射分析
  •   2.3 材料光学性能表征方法
  •     2.3.1 光谱测试分析
  •     2.3.2 光谱性能测试流程
  •   2.4 单分散MOFs的制备方法
  •     2.4.1 单分散ZIF-8 的制备方法
  •     2.4.2 单分散UiO-66 的制备方法
  •   2.5 基底材料的处理
  • 第3章 ZIF-8 光子晶体传感器的制备与工艺优化组装
  •   3.1 引言
  •   3.2 单分散ZIF-8 的可控合成及表征
  •     3.2.1 单分散ZIF-8 的形貌表征
  •     3.2.2 单分散ZIF-8 的结构表征
  •   3.3 ZIF-8 光子晶体传感器的制备
  •     3.3.1 光子晶体传感器制备示意图
  •     3.3.2 组装实验工艺
  •     3.3.3 组装基底的优化
  •     3.3.4 溶剂配比的优化
  •     3.3.5 组装温度的优化
  •     3.3.6 ZIF-8 光子晶体传感器表征
  •   3.4 本章小结
  • 第4章 ZIF-8 光子晶体传感器光学传感性能
  •   4.1 引言
  •   4.2 ZIF-8 光子晶体传感器对于不同有机蒸气的响应
  •     4.2.1 对于烷烃类蒸气的响应
  •     4.2.2 对于苯类蒸气的响应
  •     4.2.3 对于醇类蒸气的响应
  •     4.2.4 光子晶体传感器蒸气响应总结
  •   4.3 MOFs光子晶体的研究探索
  •     4.3.1 单分散UiO-66 的形貌表征
  •     4.3.2 单分散UiO-66 的结构表征
  •     4.3.3 UiO-66 光子晶体的制备及表征
  •   4.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 巩柳廷

    导师: 徐洪波

    关键词: 光子晶体,传感器,蒸气检测

    来源: 哈尔滨工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 物理学,化学

    单位: 哈尔滨工业大学

    分类号: O734

    DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002322

    总页数: 79

    文件大小: 6418K

    下载量: 200

    相关论文文献

    • [1].流动控制沉积法制备PMMA叠层光子晶体薄膜及其光学性能研究[J]. 高等学校化学学报 2020(02)
    • [2].三维光子晶体太赫兹波传输特性研究[J]. 枣庄学院学报 2020(02)
    • [3].二维磁光光子晶体光路的编码控制[J]. 中国激光 2020(09)
    • [4].磁性光子晶体非互易传输特性研究[J]. 现代工业经济和信息化 2020(10)
    • [5].光子晶体计算方法和传输特性[J]. 安庆师范大学学报(自然科学版) 2019(02)
    • [6].光子晶体在环境污染物快速检测方面的研究进展[J]. 环境化学 2018(01)
    • [7].光子晶体在真空电子器件中的应用[J]. 真空电子技术 2018(02)
    • [8].光子晶体在食品有害物检测中的应用及展望[J]. 食品研究与开发 2018(09)
    • [9].链式磁性光子晶体单向波导调控特性研究[J]. 微波学报 2016(S2)
    • [10].硅基光子晶体异质结的单向传输特性[J]. 物理学报 2017(05)
    • [11].理化所光子晶体电浸润性研究取得新进展[J]. 河南化工 2017(01)
    • [12].胶态磁组装光子晶体及其离子强度响应[J]. 高等学校化学学报 2017(03)
    • [13].光子晶体纤维的制备及应用[J]. 材料导报 2017(05)
    • [14].快速磁致显色光子晶体膜的制备与性能[J]. 中国粉体技术 2017(02)
    • [15].一维变频光子晶体的透射特性[J]. 吉林大学学报(理学版) 2017(03)
    • [16].理化所光子晶体电浸润性研究取得新进展[J]. 功能材料信息 2017(01)
    • [17].光子晶体制备及其应用研究进展[J]. 材料导报 2016(07)
    • [18].基于光子晶体的层层组装设计与表征[J]. 化学工业与工程 2016(06)
    • [19].正交光子晶体制备方法研究[J]. 科技展望 2015(11)
    • [20].一维变频光子晶体透射特性研究[J]. 吉林师范大学学报(自然科学版) 2015(04)
    • [21].利用双参数六角棱镜干涉法设计渐变光子晶体透镜阵列[J]. 光学学报 2020(02)
    • [22].光子晶体在传感器领域的应用[J]. 电子世界 2019(01)
    • [23].光子晶体碗的制备及其性能[J]. 中国粉体技术 2018(04)
    • [24].时变光子晶体及计算方法[J]. 安庆师范大学学报(自然科学版) 2018(03)
    • [25].金属光子晶体薄膜可见光和微波波段传输性能[J]. 光电工程 2017(02)
    • [26].蛋白石型光子晶体红外隐身材料的制备[J]. 物理学报 2017(08)
    • [27].胶体光子晶体膜的超浸润性研究进展[J]. 化学学报 2017(10)
    • [28].光子晶体理论研究的新方法——混合变分法[J]. 物理学报 2016(12)
    • [29].分子印迹仿生光子晶体的制备及其在己烯雌酚检测中的应用[J]. 食品研究与开发 2014(18)
    • [30].含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究[J]. 物理学报 2013(12)

    标签：;  ;  ;  

    ZIF-8光子晶体的制备及其光学传感性能研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6