Экспериментальное исследование изменения морфологии и свойств тонкопленочных фотонно-кристаллических коллоидных матриц при термообработке
Опубликовано: 08.07.2025
Авторы: Азарнин И.О., Панфилова Е.В.
Опубликовано в выпуске: #7(163)/2025
DOI: 10.18698/2308-6033-2025-7-2463
Раздел: Металлургия и материаловедение | Рубрика: Порошковая металлургия и композиционные материалы
Представлены результаты исследования процесса термической обработки коллоидных фотонно-кристаллических структур, осуществляемой в процессе реализации технологии получения периодических нано- и микроструктур по принципу «снизу вверх». Рассмотрено поведение при нагреве основных материалов — диоксида кремния и полистирола, используемых в процессах получения самоорганизующихся коллоидных матриц. Исследовано влияние температуры и длительности нагрева на морфологию и оптические свойства структур. Показано, что наиболее адаптивным материалом является полистирол, при его нагреве до температуры 80 °С повышается стойкость структуры к механическим воздействиям с сохранением фотонной запрещенной зоны. Результаты работы могут быть использованы в коллоидной литографии, технологии изготовления функциональных элементов на основе прямых и инверсных фотонно-кристаллических коллоидных матриц, а также композитных структур.
EDN FPQJZF
Литература
[1] Lourtioz J.M., Benisty H., Berger V., Gerard J.M., Maystre D., Tchelnokov A., Pagnoux D. Photonic crystals. Towards Nanoscale Photonic Devices. Springer Berlin Heidelberg, 2006, 430 p.
[2] Lotito V., Zambelli T. Approaches to self-assembly of colloidal monolayers: A guide for nanotechnologists. Advances in colloid and interface science, 2017, vol. 246, pp. 217–274.
[3] Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics. Physical review letters, 1987, vol. 58 (20), p. 2059.
[4] John S. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices. Physical review letters, 1987, vol. 58(23), p. 2486.
[5] Romanov S.G., Maka T., Torres C.S., Müller M., Zentel R., Cassagne D., Manzanarez-Martinez J., Jouanin C. Diffraction of light from thin-film polymethylmethacrylate opaline photonic crystals. Physical Review E, 2001, vol. 63 (5), p. 056603.
[6] Пятнов М.В., Соколов М.М., Киселев И.А., Бикбаев Р.Г., Панкин П.С., Волкова И.Р Гуняков В.А., Волочаев М.Н., Рыжков И.И., Ветров С.Я., Тимофеев И.В., Шабанов В.Ф. Определение показателей преломления слоев фотонного кристалла из анодного оксида алюминия. Журнал технической физики, 2024, № 94 (2), с. 278–283.
[7] Аракчеева Е.М., Танклевская Е.М., Нестеров С.И., Максимов М.В., Гуревич С.А., Seekamp J., Torres Sotomayor C.M. Получение фотонных кристаллов в структурах на основе полупроводников и полимеров с использованием метода наноимпринта. Журнал технической физики, 2005, № 75 (8), с. 80–84.
[8] Долганов П.В., Ксенз Г.С., Долганов В.К. Жидкокристаллические фотонные кристаллы: оптические свойства и их зависимость от поляризации света и температуры. Физика твердого тела, 2013, № 55 (5), с. 1017–1020.
[9] Ibragimov A.R., Medvedeva O.M., Panfilova E.V., Shramko D.Y. Technology of producing photonic crystal colloidal films by centrifugation. In: 2024 6th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE), IEEE, 2024, pp. 1–5.
[10] Ibragimov A.R., Maltsev V.S., Min’ko K.R., Hoa C.V., Panfilova E.V. Plasma-chemical etching of colloidal photonic crystal polystyrene films. 2024 6th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE), IEEE, 2024, pp. 1–5.
[11] Азарнин И.О. Технология термообработки коллоидных пленок полистирола. Всероссийская научно-техническая конференция «Студенческая научная весна: Машиностроительные технологии»: материалы конференции. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ООО «КванторФорм», 2024. URL: studvesna.ru?go=articles&id=4155 (дата обращения: 17.05.2025).
[12] Lotito V., Zambelli T. Heat: A powerful tool for colloidal particle shaping. Advances in Colloid and Interface Science, 2024, p. 103240.
[13] Hsieh C.H., Lin F.T., Lin K. Y.A., Hsieh S.Y., Chen Y.T., Tsai H.P., Yang H. Assembly of nanometer-sized hollow sphere colloidal crystals for applications as tunable photonic materials. ACS Applied Nano Materials, 2022, vol. 5 (10), pp. 15855–15864.
[14] Hoeven J.E.V.D., Shneidman A.V., Nicolas N.J., Aizenberg J. Evaporation-induced self-assembly of metal oxide inverse opals: from synthesis to applications. Accounts of Chemical Research, 2022, vol. 55 (13), pp. 1809–1820.
[15] Lee Y.C., Wu H.K., Peng Y.Z., Chen W.C. The synthesis and assembly mechanism of micro/nano-sized polystyrene spheres and their application in subwavelength structures. Micromachines, 2024, vol. 15 (7), p. 841.
[16] Bellehumeur C.T., Bisaria M.K., Vlachopoulos J. An experimental study and model assessment of polymer sintering. Polymer Engineering & Science, 1999, vol. 36 (17), pp. 2198–2207.
[17] Mikhnev L.V., Bondarenko E. A., Chapura О.М., Skomorokhov A.A., Kravt-sov A.A. Influence of annealing temperature on optical properties of the photonic-crystal structures obtained by self-organization of colloidal microspheres of polystyrene and silica. Optical Materials, 2018, vol. 75, pp. 453–458.
[18] Tahami S.V., Pourmahdian S., Hadavand B.S., Azizi Z.S., Tehranchi M.M. Thermal tuning the reversible optical band gap of self-assembled polystyrene photonic crystals. Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications, 2016, vol. 22, pp. 40–45.
[19] Zhang L., D’Acunzi M., Kappl M., Imhof A., van Blaaderen A., Butt H.J., Graf R., Vollmer D. Tuning the mechanical properties of silica microcapsules. Physical Chemistry Chemical Physics, 2010, vol. 12 (47), pp. 15392–15398.
[20] Herzog G., Kashem M.M.A., Benecke G., Buffet A., Gehrke R., Perlich J., Schwartzkopf M., Körstgens V., Meier R., Niedermeier M.A., Rawolle M., Ruderer M.A., Müller-Buschbaum P., Wurth W., Roth S.V. Influence of nanoparticle surface functionalization on the thermal stability of colloidal polystyrene films. Langmuir, 2012, vol. 28 (21), pp. 8230–8237.
[21] Cooper S., Kamotski I. On photonic band gaps in two-dimensional photonic crystal fibres. Analysis in the vicinity of the low-dielectric light line. 2025. arXiv preprint arXiv:2501.10536. URL: https://arxiv.org/pdf/2501.10536 (дата обращения: 17.05.2025).
[22] Панфилова Е.В., Гришаев Н.А. Отработка и исследование процесса получения фотонно-кристаллических пленок методом центрифугирования. Инженерный журнал: наука и инновации, 2021, вып. 4 (112), с. 7. DOI: 10.18698/2308-6033-2021-4-2073