光子晶體功能材料 葛建平 9787030759917 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
光子晶體功能材料具有*特的光學特性，在眾多領域擁有巨大的應用前景。《光子晶體功能材料》圍繞光子晶體「材料體系」與「應用探索」兩大主題，分別介紹了微流控光子晶體、液態膠體光子晶體、空心微球膠體光子晶體、分子刷光子晶體及磁響應膠體光子晶體的製備原理和*特性能，並探討了光子晶體材料在綠色印刷、光纖、結構色印染、物理感測器和防偽識別領域的*新應用。

精彩書評
無無無無無

目錄

目錄
《納米科學與技術》叢書序
前言
第1章 光子晶體基本原理 1
1 1 光子晶體概述 1
1 1 1 光子晶體與固體晶體的對比 1
1 1 2 光子晶體的分類 2
1 1 3 光子晶體的主要特徵 3
1 1 4 自然界中的光子晶體 4
1 2 光子晶體的基本理論 5
1 2 1 倒空間與**布里淵區 5
1 2 2 光子晶體**布里淵區的幾個例子 6
1 2 3 周期結構下的電磁波波動方程 8
1 3 光子晶體的能帶圖 9
1 3 1 一維光子晶體 9
1 3 2 二維光子晶體 12
1 3 3 三維光子晶體 14
1 4 光子帶隙中的缺陷態 16
1 5 平板光子晶體 17
1 5 1 平板光子晶體能帶圖 17
1 5 2 平板光子晶體的束縛態 19
1 5 3 金屬平板光子晶體 22
1 6 光子晶體的光控制 23
1 6 1 等頻圖 23
1 6 2 根據等頻圖判斷反射、折射現象 24
1 6 3 超稜鏡 25
1 6 4 光子晶體與零折射率 25
1 6 5 光子晶體與渦旋光束 26
參考文獻 27
第2章 微流控晶元中的光子晶體 30
2 1 引言 30
2 2 微流控技術 30
2 2 1 膠體光子晶體與液滴微流控晶元 31
2 2 2 構築液滴微流控晶元的材料 31
2 2 3 液滴微流控晶元的製備 33
2 3 微流控液滴 35
2 3 1 微尺寸多相流液滴動力學基本原理 35
2 3 2 微液滴發生裝置 37
2 3 3 液滴生成方式 39
2 3 4 液滴的操縱 41
2 4 基於微流體的光子晶體微球 42
2 4 1 球形光子晶體微球 43
2 4 2 Janus和多組分結構光子晶體微球 47
2 4 3 核殼結構光子晶體微球 49
2 5 光子晶體微球的應用 50
2 5 1 顯示領域 50
2 5 2 感測領域 52
2 5 3 編碼 54
2 5 4 細胞載體 55
參考文獻 56
第3章 液態膠體光子晶體 60
3 1 引言 60
3 2 液態膠體光子晶體的製備方法 62
3 2 1 靜置析出法 62
3 2 2 揮發驅動過飽和析出法 63
3 2 3 萃取驅動過飽和析出法 65
3 2 4 電場驅動過飽和析出法 66
3 3 外場響應的液態膠體光子晶體 67
3 3 1 電場響應的液態膠體晶 67
3 3 2 磁場響應的液態膠體晶 69
3 4 面向感測檢測的液態膠體光子晶體 71
3 4 1 基於液態膠體晶的物理感測器 71
3 4 2 基於液態膠體晶的化學感測器 73
3 5 液態膠體光子晶體的轉化與利用 74
3 5 1 轉化為固態光子晶體薄膜 74
3 5 2 轉化為光子晶體凝膠 79
3 5 3 轉化為光子晶體微球 80
參考文獻 82
第4章 空心微球膠體光子晶體 84
4 1 引言 84
4 2 空心微球的合成及組裝 88
4 2 1 空心微球的合成方法 88
4 2 2 膠體光子晶體自組裝方法 89
4 3 空心微球膠體光子晶體的應用 91
4 3 1 缺陷態模式的膠體光子晶體及缺陷態模式激光 91
4 3 2 親疏水圖案化空心微球膠體光子晶體 94
4 3 3 基於空心微球膠體光子晶體的選擇性蒸氣感測器 99
4 3 4 基於空心微球的高機械強度、超穩定帶隙光子晶體 100
4 4 空心微球在光學中的其他應用 102
4 4 1 基於空心微球中的迴音壁振蕩模式增強光吸收效率 102
4 4 2 基於空心微球的Mie散射效應 103
4 4 3 基於空心微球的抗反射塗層 104
4 5 總結與展望 104
參考文獻 105
第5章 分子刷嵌段共聚物自組裝光子晶體材料 112
5 1 分子刷嵌段共聚物簡介 112
5 2 光子晶體構築 114
5 2 1 分子刷本體組裝光子晶體 114
5 2 2 分子刷配方光子晶體 117
5 2 3 分子刷納米雜化光子晶體 120
5 2 4 光子晶體顏料 124
5 2 5 響應型光子晶體 129
5 3 總結與展望 131
參考文獻 132
第6章 磁響應膠體光子晶體 135
6 1 引言 135
6 2 磁控組裝的機理 136
6 3 基於磁性膠粒的磁響應光子晶體 137
6 4 基於非磁性膠體粒子的磁控組裝 143
6 5 磁響應光子晶體的應用 144
6 5 1 磁致變色硅橡膠薄膜 144
6 5 2 磁控結構色列印 145
6 5 3 磁控可旋轉光子晶體 146
6 6 總結與展望 147
參考文獻 148
第7章 綠色印刷光子晶體 150
7 1 引言 150
7 2 噴墨印刷光子晶體 150
7 2 1 「咖啡環」效應 151
7 2 2 噴墨印刷材料的影響 154
7 2 3 基材浸潤性的影響 158
7 2 4 其他因素的影響 163
7 3 模板印刷光子晶體圖案 164
7 4 光子晶體圖案的應用 164
參考文獻 173
第8章 光子晶體纖維 178
8 1 引言 178
8 2 光子晶體結構色纖維的製備方法 179
8 2 1 基於薄膜干涉原理製備 179
8 2 2 微通道自組裝法 180
8 2 3 電泳沉積法 181
8 2 4 靜電紡絲法 182
8 2 5 微型擠出法 182
8 3 光子晶體結構色纖維的表徵方法 183
8 4 光子晶體光纖 184
8 4 1 無機光子晶體光纖 184
8 4 2 聚合物光子晶體光纖 185
8 5 基於光子晶體纖維的功能器件 186
8 5 1 能源器件電極用光子晶體纖維 186
8 5 2 發光器件用光子晶體纖維 187
8 5 3 纖維狀變色感測器件 189
8 6 光子晶體結構色纖維的其他應用 190
8 6 1 纖維材料上的結構生色 190
8 6 2 具有刺激響應性的結構色纖維 192
8 6 3 結構色纖維織物 197
8 7 總結與展望 198
參考文獻 198
第9章 光子晶體在紡織印染中的應用 201
9 1 引言 201
9 2 光子晶體結構色纖維的製備 201
9 2 1 電泳沉積法製備結構色纖維 201
9 2 2 浸漬提拉輔助法製備結構色纖維 204
9 3 光子晶體在結構色紡織品中的應用 206
9 3 1 重力沉降法製備結構色紡織品 206
9 3 2 垂直沉積法製備結構色紡織品 208
9 3 3 界面轉印製備結構色紡織品 210
9 3 4 噴塗准晶製備結構色紡織品 211
9 3 5 噴墨列印製備結構色紡織品 213
9 4 穩定增強型光子晶體結構色纖維與紡織品 216
9 4 1 擠塑方式製備結構色纖維 217
9 4 2 靜電紡絲製備結構色纖維 217
9 4 3 溶液紡絲製備結構色纖維 218
9 4 4 熱壓印製備結構色纖維 218
9 4 5 原子層沉積製備結構色纖維 219
9 4 6 黏結增強結構色紡織品 222
9 5 總結與展望 224
參考文獻 224
第10章 光子晶體物理感測器 227
10 1 引言 227
10 2 自然界中的響應型光子晶體 227
10 2 1 自然界中的光子晶體 227
10 2 2 自然界光子晶體的動態結構色響應 228
10 3 構築光子晶體感測器的響應型材料 230
10 4 光子晶體感測器的工作原理 232
10 5 幾種典型的物理感測器 233
10 5 1 機械力感測器 233
10 5 2 溫度感測器 238
10 5 3 磁場感測器 242
10 5 4 黏度感測器 243
10 5 5 介孔感測器 245
10 6 總結與展望 246
參考文獻 247
第11章 光子晶體防偽材料 251
11 1 面向結構色防偽的光子晶體材料 251
11 2 光子晶體圖案的印刷方法 252
11 2 1 噴墨印刷光子晶體圖案 252
11 2 2 壓印光子晶體圖案 254
11 2 3 浸潤調變光禁帶列印光子晶體圖案 255
11 2 4 電磁響應偶聯光固化列印光子晶體圖案 256
11 3 具有角度變色效應的光子晶體防偽材料 257
11 3 1 基於一維磁響應光子晶體的角度變色材料 257
11 3 2 基於蛋白石結構的角度變色材料 259
11 3 3 基於反蛋白石結構的角度變色材料 260
11 4 具有外場響應特性的動態結構色防偽材料 261
11 4 1 溶劑浸潤顯現的隱形圖案 261
11 4 2 氣體響應的光子晶體圖案 264
11 4 3 溫度響應的光子晶體圖案 266
11 4 4 磁場作用顯現的隱形圖案 267
11 4 5 形變顯現的隱形圖案 269
11 5 總結與展望 270
參考文獻 272

精彩書摘
第1章 光子晶體基本原理
1 1 光子晶體概述
光子晶體是一門新興的交叉學科，涉及物理、化學、生物、納米技術等諸多領域。光子晶體的歷史可追溯到20世紀80年代末，1987年美國貝爾實驗室的Yablonovitch針對抑制發光物質自發輻射的問題，提出了光子晶體的概念[1]。同年，美國普林斯頓大學的John在研究光子局域時也提出了該概念[2]。早期研究認為，光子晶體是由不同介電常數的材料在空間交替形成周期性結構的人工材料。隨著這一學科的發展，光子晶體的概念已發展到准晶光子晶體和非晶光子晶體的研究範圍[3，4]。光子晶體理論的建立很大程度上受到固體物理的影響。基於波傳播性質上的共性，可從固體晶體的基本理論出發認識光子晶體。
1 1 1 光子晶體與固體晶體的對比
在固體物理中，晶體是由基本單元如原子、離子、分子或原子團等有規則地在空間呈周期性重複排列形成的物體[5，6]。固體物理的一個核心是研究電子在晶體中的傳播規律。隨著物理學的進步，這些規律已上升到量子力學中「物質波」的層次。在量子力學中，電子已不再是一個簡單的顆粒，而是在空間有一定分佈的物質波，具有波的特性。電子的波函數滿足薛定諤方程，即式（1-1）：
（1-1）
其中，是約化普朗克常量；m是電子靜止質量；E是電子能量；是電子的勢能；為電子波函數，波函數模的平方代表電子在空間位置出現的概率。從以上方程可知，電子波函數和勢能有強烈的依賴關係。真空環境下勢能為0，電子波函數的解是平面波，例如，電子雙縫干涉實驗中存在干涉現象正是電子平面波的證明。
在晶體中，原子或者分子為周期性分佈，空間勢能也呈空間周期性分佈。相應地，電子的波函數則為布洛赫（Bloch）波。Bloch波*明顯的特性是具有空間周期平移不變性，這正與周期性的勢能相對應。電子Bloch波受周期勢能（布拉格散射）的調製作用可形成能帶，能帶與能帶之間則可能存在能量帶隙。能量帶隙範圍內的電子被禁止傳遞，這為控制電子在晶體中的傳輸提供了一種非常重要的手段。
電子的能量帶隙啟發了人們去思考其他類型的波是否也具備帶隙的可能。基於波傳播的共性，任何類型的波，小到電子的物質波、光子的電磁波，大到宏觀的聲波、水波、機械彈性波等，在受到周期性勢場的調製時，都應有類似於晶體中的能量帶隙。光子（電磁波）類比于電子（物質波），周期性的介電常數類比于周期性的勢能。當電磁波在光子晶體中傳播時，受到周期性介電材料的調製存在光子帶隙。光子帶隙的性質和電子的能量帶隙類似，人們可對電磁波的傳播行為進行控制。此外，光子晶體的研究也可應用固體晶體的很多概念[6]，如倒格子、布里淵區、色散關係等。
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