[发明专利]基于蝴蝶翅膀单个鳞片生物模板制备磁性光子晶体的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，尤其是涉及一种基于蝴蝶翅膀单个鳞片生物模板 制备磁性光子晶体的方法，具体地说，涉及的是一种在单个蝴蝶鳞片上，利用二次 烧结的方法材料制备单鳞片磁性光子晶体的方法。

背景技术

光子晶体的概念自提出之后，就引起了人们的广泛关注，由于其可以对光进行 调控的特殊性能，使得它在通讯，光学传输，纳米器件方面有着潜在的应用的前景。

制备能够在可见光范围内对光进行调控的光子晶体，在目前的实验技术条件下 仍然是一件非常昂贵并且具有挑战性的工作。它的困难在于制备周期性的，几十个 纳米到微米尺寸的结构。而这种结构在自然界中广泛的存在，如蝴蝶，昆虫的翅膀， 孔雀的羽毛等等。经对现有技术文献的检索发现，人们利用原始的蝴蝶来制备各种 具有周期性结构的光子晶体功能材料。G.Cook，等在《Angewandte Chemie  International Edition》(德国应用物理化学)于2003年5期，557页报道了“Exact  Replication of Biological Structures by Chemical Vapor Deposition of Silica”(利用化 学气相沉积法精确制备具有生物结构的二氧化硅)，以整片的蝴蝶为模板，利用化 学气相沉积的方法，制备光子晶体氧化硅功能材料。Jingyun Huang等在《Nano  Letters》(纳米快报)与2006年6期，2335页报道了(Controlled Replication of Butterfly  Wings forAchieving Tunable Photonic Properties)(以蝴蝶翅膀为模板制备得到的光 子晶体进行光学调控)以绚丽的大蓝闪蝶为模板，利用原子沉积的方法在蝴蝶的表 面沉积一层氧化铝材料，再通过高温烧结去掉蝴蝶的原始模板而等到氧化铝的蝴蝶 复制品。实现对光在可见光范围内的调控。Wenhong Peng等在<Advanced  Functional Materials>(先进功能材料)于2012年10期，2072页上报道了“3D Network Magnetophotonic Crystals Fabricated on Morpho Butterfy Wing Templates” (以大蓝闪蝶为模板制备三维网状磁性光子晶体)以整片的大蓝闪蝶蝴蝶为模板， 通过溶胶凝胶的方法，制备磁性光子晶体。在这些利用生物模板制备光子晶体的方 法中，都采用了整只的蝴蝶为模板进行复制。从文献的报道Shinya Yoshioka等在 Proceedings of The Royal Society Biological sciences(皇家协会的生物科学)于2006 年273期，129页报道了“Structural or pigmentary？Origin ofthe distinctive white  stripe on the blue wing ofa Morpho butterfly”(结构色还是色素色，原始大蓝闪蝶独 特的白色条纹)系统的研究了蝴蝶的不同部位的鳞片的显微结构。蝴蝶翅膀是一个 非常复杂的光学系统，它的内部是有成百万的鳞片单元组成。以整只蝴蝶制备得到 的功能材料限制了对其光学性能规律的深入研究和掌握。而制备单个的鳞片的功能 材料是一项精细的具有挑战性的工作，这就极大的限制了光纳米器件的研究与应 用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于蝴蝶翅 膀单个鳞片生物模板制备磁性光子晶体的方法，利用了二次烧结与显微镜下提取单 鳞片技术，合成具有光子晶体结构的微米级的单鳞片磁性材料，这种磁性光子晶体 结构极大的提高了对磁-光的响应，因而在磁光通讯器件领域有广泛的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

以自然界中的天然光子晶体，蝴蝶翅膀单个鳞片的分级精细结构作为模板，通 过浸渍，溶胶凝胶的方法，利用生物化学组分的不同的化学反应性，通过表面的处 理和化学改性，显微镜下选取单个鳞片得技术方法，先制备具有蝴蝶翅膀光子晶体 结构的单鳞片Fe₂O₃功能材料，进而通过人工控制H₂还原的方法制备得到磁性的 光子晶体单鳞片Fe₃O₄功能材料。

基于蝴蝶翅膀单个鳞片生物模板制备磁性光子晶体的方法，包括以下步骤：