具有金属纳米颗粒阵列液晶盒的制备及其光电特性研究

摘要

近年来，纳米材料的特殊性能受到了国内外的广泛关注，尤其是金属纳米材料的空间维度与尺寸变化对其电学和光学性能的影响更是当下的研究热点。金属纳米材料的周期性阵列结构可以应用在诸如液晶显示、偏振分束器和亚波长光栅等许多领域，对光电子器件行业的发展起到了举足轻重的作用。如今制备金属纳米材料阵列结构的手段非常多，如化学沉积和化学刻蚀制备法，但制约这些方法的因素有很多，比如试剂浓度、反应温度和沉积时间等，这些因素导致其可控性差，表面颗粒分布不均匀、结构不可控，最终对沉积膜的表面形貌造成很大的影响。还有如平板印刷制备法，该方法能够制备出具有周期性结构的金属纳米阵列，也能控制阵列表面形貌，而且能够控制纳米颗粒的大小、形状及间距等参数，但其成本高、工艺复杂，并且使用不便。
　　引入了激光光学定向组装系统，利用该系统制备的金属纳米颗粒阵列特点是结构极化排布，颗粒间隙小、分布均匀且取向一致，与光学玻璃正四棱台上表面连接稳固，更好地确保了结构的鲁棒性。该系统制备的银纳米颗粒线阵列具有亚波长金属光栅的特点，如偏振特性和散射特性。而且结构尺寸合适，也可以对液晶分子进行取向，所以可以将我们的结构与液晶结合，组装成具有金属纳米颗粒阵列的液晶盒。
　　本论文研究工作的目的为：
　　利用激光光学定向组装系统制备形貌和结构良好的银纳米颗粒线阵列，并分析其诸如偏光与散射特性的机理，然后以该阵列作为液晶盒的一侧基板制备液晶盒并研究其光学特性。
　　本文主要研究方法如下：
　　1.从理论上详细剖析利用倏逝驻波场制备银纳米颗粒线阵列方案的可实施性。首先引入了倏逝驻波场的概念并介绍了其形成机理；然后通过公式推导和仿真计算得出银纳米颗粒在倏逝驻波场中的极化情况及其所受光场力的大小和分布；接着分别对银纳米颗粒胶体溶液的热力学和动力学稳定性进行分析；最后分析了银纳米颗粒在倏逝驻波场中除光场力外的其他受力情况。最终得出可以利用倏逝驻波场来制备银纳米颗粒线阵列的结论；
　　2.依据理论分析得出实验方案，再搭建了激光光学定向组装系统并制备出了银纳米颗粒线阵列，并利用SEM对阵列进行表征，然后利用光谱仪对银纳米颗粒线阵列进行了偏光反射与散射测试，最后对其中的物理机制进行了解释；
　　3.研究了具有金属纳米颗粒阵列的液晶盒的光学特性。成功地利用激光光学定向组装系统在镀有ITO薄膜的光学玻璃正四棱台上表面制备出银纳米颗粒线阵列，接着以该银纳米颗粒线阵列为液晶盒的一侧基板装配具有银纳米颗粒线阵列的液晶盒，然后利用偏光显微镜对该液晶盒的旋转偏光特性进行了观察和研究，最后从理论上分析该特性的物理机制。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 金属纳米材料的性质

1.2 亚波长金属光栅结构的应用与研究进展

1.3 纳米材料-液晶复合结构的应用与研究进展

1.4 论文的主要内容

1.5 本文主要工作与结构安排

1.6 本章小结

第二章 激光倏逝驻波场的理论分析

2.1 激光倏逝驻波场的构建

2.2 激光倏逝驻波场对纳米颗粒的作用

2.3 银纳米颗粒胶体溶液稳定性分析

2.4 银纳米颗粒在激光倏逝驻波场中的其他受力分析

2.5 本章小结

第三章 银纳米颗粒线阵列结构的制备与光学特性测试

3.1 银纳米颗粒线阵列的制备

3.2 银纳米颗粒线阵列的偏光反射特性

3.3 银纳米颗粒线阵列的散射特性

3.4 本章小结

第四章 具有金属纳米颗粒阵列液晶盒的光学特性研究

4.1 液晶介绍

4.2 具有金属纳米颗粒阵列液晶盒的制作

4.3 具有金属纳米颗粒液晶盒的光学特性测试

4.4 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 本文主要贡献

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果