光子晶体功能材料具有独特的光学特性，在众多领域拥有巨大的应用前景。本书围绕光子晶体“材料体系”与“应用探索”两大主题，分别介绍了微流控光子晶体、液态胶体光子晶体、空心微球胶体光子晶体、分子刷光子晶体及磁响应胶体光子晶体的制备原理和独特性能，并探讨了光子晶体材料在绿色印刷、光纤、结构色印染、物理传感器和防伪识别领域的最新应用。
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《纳米科学与技术》丛书序
前言
第1章 光子晶体基本原理 1
1.1 光子晶体概述 1
1.1.1 光子晶体与固体晶体的对比 1
1.1.2 光子晶体的分类 2
1.1.3 光子晶体的主要特征 3
1.1.4 自然界中的光子晶体 4
1.2 光子晶体的基本理论 5
1.2.1 倒空间与第一布里渊区 5
1.2.2 光子晶体第一布里渊区的几个例子 6
1.2.3 周期结构下的电磁波波动方程 8
1.3 光子晶体的能带图 9
1.3.1 一维光子晶体 9
1.3.2 二维光子晶体 12
1.3.3 三维光子晶体 14
1.4 光子带隙中的缺陷态 16
1.5 平板光子晶体 17
1.5.1 平板光子晶体能带图 17
1.5.2 平板光子晶体的束缚态 19
1.5.3 金属平板光子晶体 22
1.6 光子晶体的光控制 23
1.6.1 等频图 23
1.6.2 根据等频图判断反射、折射现象 24
1.6.3 超棱镜 25
1.6.4 光子晶体与零折射率 25
1.6.5 光子晶体与涡旋光束 26
参考文献 27
第2章 微流控芯片中的光子晶体 30
2.1 引言 30
2.2 微流控技术 30
2.2.1 胶体光子晶体与液滴微流控芯片 31
2.2.2 构筑液滴微流控芯片的材料 31
2.2.3 液滴微流控芯片的制备 33
2.3 微流控液滴 35
2.3.1 微尺寸多相流液滴动力学基本原理 35
2.3.2 微液滴发生装置 37
2.3.3 液滴生成方式 39
2.3.4 液滴的操纵 41
2.4 基于微流体的光子晶体微球 42
2.4.1 球形光子晶体微球 43
2.4.2 Janus和多组分结构光子晶体微球 47
2.4.3 核壳结构光子晶体微球 49
2.5 光子晶体微球的应用 50
2.5.1 显示领域 50
2.5.2 传感领域 52
2.5.3 编码 54
2.5.4 细胞载体 55
参考文献 56
第3章 液态胶体光子晶体 60
3.1 引言 60
3.2 液态胶体光子晶体的制备方法 62
3.2.1 静置析出法 62
3.2.2 挥发驱动过饱和析出法 63
3.2.3 萃取驱动过饱和析出法 65
3.2.4 电场驱动过饱和析出法 66
3.3 外场响应的液态胶体光子晶体 67
3.3.1 电场响应的液态胶体晶 67
3.3.2 磁场响应的液态胶体晶 69
3.4 面向传感检测的液态胶体光子晶体 71
3.4.1 基于液态胶体晶的物理传感器 71
3.4.2 基于液态胶体晶的化学传感器 73
3.5 液态胶体光子晶体的转化与利用 74
3.5.1 转化为固态光子晶体薄膜 74
3.5.2 转化为光子晶体凝胶 79
3.5.3 转化为光子晶体微球 80
参考文献 82
第4章 空心微球胶体光子晶体 84
4.1 引言 84
4.2 空心微球的合成及组装 88
4.2.1 空心微球的合成方法 88
4.2.2 胶体光子晶体自组装方法 89
4.3 空心微球胶体光子晶体的应用 91
4.3.1 缺陷态模式的胶体光子晶体及缺陷态模式激光 91
4.3.2 亲疏水图案化空心微球胶体光子晶体 94
4.3.3 基于空心微球胶体光子晶体的选择性蒸气传感器 99
4.3.4 基于空心微球的高机械强度、超稳定带隙光子晶体 100
4.4 空心微球在光学中的其他应用 102
4.4.1 基于空心微球中的回音壁振荡模式增强光吸收效率 102
4.4.2 基于空心微球的Mie散射效应 103
4.4.3 基于空心微球的抗反射涂层 104
4.5 总结与展望 104
参考文献 105
第5章 分子刷嵌段共聚物自组装光子晶体材料 112
5.1 分子刷嵌段共聚物简介 112
5.2 光子晶体构筑 114
5.2.1 分子刷本体组装光子晶体 114
5.2.2 分子刷配方光子晶体 117
5.2.3 分子刷纳米杂化光子晶体 120
5.2.4 光子晶体颜料 124
5.2.5 响应型光子晶体 129
5.3 总结与展望 131
参考文献 132
第6章 磁响应胶体光子晶体 135
6.1 引言 135
6.2 磁控组装的机理 136
6.3 基于磁性胶粒的磁响应光子晶体 137
6.4 基于非磁性胶体粒子的磁控组装 143
6.5 磁响应光子晶体的应用 144
6.5.1 磁致变色硅橡胶薄膜 144
6.5.2 磁控结构色打印 145
6.5.3 磁控可旋转光子晶体 146
6.6 总结与展望 147
参考文献 148
第7章 绿色印刷光子晶体 150
7.1 引言 150
7.2 喷墨印刷光子晶体 150
7.2.1 “咖啡环”效应 151
7.2.2 喷墨印刷材料的影响 154
7.2.3 基材浸润性的影响 158
7.2.4 其他因素的影响 163
7.3 模板印刷光子晶体图案 164
7.4 光子晶体图案的应用 164
参考文献 173
第8章 光子晶体纤维 178
8.1 引言 178
8.2 光子晶体结构色纤维的制备方法 179
8.2.1 基于薄膜干涉原理制备 179
8.2.2 微通道自组装法 180
8.2.3 电泳沉积法 181
8.2.4 静电纺丝法 182
8.2.5 微型挤出法 182
8.3 光子晶体结构色纤维的表征方法 183
8.4 光子晶体光纤 184
8.4.1 无机光子晶体光纤 184
8.4.2 聚合物光子晶体光纤 185
8.5 基于光子晶体纤维的功能器件 186
8.5.1 能源器件电极用光子晶体纤维 186
8.5.2 发光器件用光子晶体纤维 187
8.5.3 纤维状变色传感器件 189
8.6 光子晶体结构色纤维的其他应用 190
8.6.1 纤维材料上的结构生色 190
8.6.2 具有刺激响应性的结构色纤维 192
8.6.3 结构色纤维织物 197
8.7 总结与展望 198
参考文献 198
第9章 光子晶体在纺织印染中的应用 201
9.1 引言 201
9.2 光子晶体结构色纤维的制备 201
9.2.1 电泳沉积法制备结构色纤维 201
9.2.2 浸渍提拉辅助法制备结构色纤维 204
9.3 光子晶体在结构色纺织品中的应用 206
9.3.1 重力沉降法制备结构色纺织品 206
9.3.2 垂直沉积法制备结构色纺织品 208
9.3.3 界面转印制备结构色纺织品 210
9.3.4 喷涂准晶制备结构色纺织品 211
9.3.5 喷墨打印制备结构色纺织品 213
9.4 稳定增强型光子晶体结构色纤维与纺织品 216
9.4.1 挤塑方式制备结构色纤维 217
9.4.2 静电纺丝制备结构色纤维 217
9.4.3 溶液纺丝制备结构色纤维 218
9.4.4 热压印制备结构色纤维 218
9.4.5 原子层沉积制备结构色纤维 219
9.4.6 黏结增强结构色纺织品 222
9.5 总结与展望 224
参考文献 224
第10章 光子晶体物理传感器 227
10.1 引言 227
10.2 自然界中的响应型光子晶体 227
10.2.1 自然界中的光子晶体 227
10.2.2 自然界光子晶体的动态结构色响应 228
10.3 构筑光子晶体传感器的响应型材料 230
10.4 光子晶体传感器的工作原理 232
10.5 几种典型的物理传感器 233
10.5.1 机械力传感器 233
10.5.2 温度传感器 238
10.5.3 磁场传感器 242
10.5.4 黏度传感器 243
10.5.5 介孔传感器 245
10.6 总结与展望 246
参考文献 247
第11章 光子晶体防伪材料 251
11.1 面向结构色防伪的光子晶体材料 251
11.2 光子晶体图案的印刷方法 252
11.2.1 喷墨印刷光子晶体图案 252
11.2.2 压印光子晶体图案 254
11.2.3 浸润调变光禁带打印光子晶体图案 255
11.2.4 电磁响应偶联光固化打印光子晶体图案 256
11.3 具有角度变色效应的光子晶体防伪材料 257
11.3.1 基于一维磁响应光子晶体的角度变色材料 257
11.3.2 基于蛋白石结构的角度变色材料 259
11.3.3 基于反蛋白石结构的角度变色材料 260
11.4 具有外场响应特性的动态结构色防伪材料 261
11.4.1 溶剂浸润显现的隐形图案 261
11.4.2 气体响应的光子晶体图案 264
11.4.3 温度响应的光子晶体图案 266
11.4.4 磁场作用显现的隐形图案 267
11.4.5 形变显现的隐形图案 269
11.5 总结与展望 270
参考文献 272
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