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cyqdesign 2024-09-23 23:16

西安交通大學(xué)在多光學(xué)形態(tài)光子晶體研究方面取得重要進(jìn)展

將光致發(fā)光(PL)尤其是長壽命室溫磷光(RTP)現(xiàn)象集成到周期性亞微米結(jié)構(gòu)中以構(gòu)建多光學(xué)形態(tài)光子晶體(PC)是目前光學(xué)功能材料及相關(guān)器件重要發(fā)展趨勢,但這種集成極具挑戰(zhàn)性。這一方面是由于RTP的實(shí)現(xiàn)需要?jiǎng)傂曰|(zhì)以穩(wěn)定三重態(tài)激子并抑制非輻射躍遷,但這些基質(zhì)往往不具備周期性結(jié)構(gòu),不能對光產(chǎn)生選擇性反射。另一方面,由于光子晶體材料和RTP材料制備方法差異很大且與光相互作用的物理機(jī)制沒有關(guān)聯(lián)性,使得發(fā)光單元與光子晶體陣列之間的兼容性和可組合性顯著降低。 Qg o| \=  
針對這一問題,西安交通大學(xué)物理學(xué)院研究人員提出了一種新穎的通用性策略來制備具有三重光學(xué)形態(tài)的光子晶體(三態(tài)PCs)。通過高溫煅燒內(nèi)部封裝有熒光碳點(diǎn)(CDs)的SiO2納米顆粒,形成具有規(guī)則形貌的單分散磷光SiO2納米球(RTP-CDs@SiO2)并自組裝成三態(tài)PCs。該P(yáng)Cs的三種光學(xué)模式在不同光源環(huán)境刺激下可以無縫切換,即在日光下具有虹彩結(jié)構(gòu)色、紫外光照射時(shí)發(fā)出明亮的PL以及關(guān)閉紫外光后產(chǎn)生時(shí)間依賴的RTP。研究表明,高溫煅燒產(chǎn)生磷光的內(nèi)在物理機(jī)制是由于強(qiáng)C-Si共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)的形成進(jìn)而穩(wěn)定了激發(fā)三重態(tài)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),磷光不依賴于所包裹CDs的表面缺陷類型或雜原子摻雜,因此證明所提出的制備方法具有通用性。此外,研究人員在該材料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了熱響應(yīng)三態(tài)光子凝膠。通過簡單調(diào)整凝膠的環(huán)境溫度(8°C~43°C),可以巧妙地將物理發(fā)光(結(jié)構(gòu)顏色和透光率)與化學(xué)發(fā)光(PL和RTP)相聯(lián)立,并且這些光信號在不同光傳播模式下表現(xiàn)出互補(bǔ)償特性。最后,研究人員展示了三態(tài)光子凝膠在可回收智能窗和多維信息加密等領(lǐng)域的應(yīng)用場景,表明該材料在未來新型光學(xué)器件設(shè)計(jì)方面的廣闊的應(yīng)用前景。這一工作為物理色(結(jié)構(gòu)色)和化學(xué)色(PL和RTP)的有機(jī)整合和系統(tǒng)集成開辟了新的途徑,其豐富的光學(xué)性質(zhì)有助于相關(guān)材料及光學(xué)器件的設(shè)計(jì)、研究向更高水平發(fā)展。 R?2T0^0  

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