2born (2born) wrote,
2born
2born

Category:

опалы и фотонные кристаллы, продолжение

Оригинал взят у amir_khabib в опалы и фотонные кристаллы, продолжение
Я никуда не исчез, просто очередной раз ездили в Йеллоустоун и Гранд Тетон. (Было здорово, видели медведя гриззли).

Продолжение про искусственные опалы и фотонные кристаллы.

Как мы выяснили в прошлый раз, фотонные кристаллы проводят не все фотоны, а только с определенной энергией (длиной волны). А фотоны с определенной длиной волны будут рассеиваться. Эта длина волны зависит, как я уже говорил, от угла, от расстояния между узлами коллоидно-кристаллической решетки (в нашем случае, шариков оксида кремния), а также от разницы между показателями преломления света двух диэлектрических материалов, из которых сделан опал. В нашем примере опала, сделанного из стеклянных шариков и воздуха, эта длина волны будет одна, но если просто заполнить пространство между шариками, скажем, метанолом (окунуть опал в метанол), то фотонный кристалл поменяет цвет.

То есть, поменять разницу в показателях преломления мы можем, но не получится поменять расстояние между стеклянными шариками внутри одного конкретного опала . Стеклянные шарики определенного размера, их приготовил, собрал, так они и останутся.

Но существуют опалы, для которых возможно изменение периода (lattice constant) уже после сборки опала. Например, вот.
  345

Сверху и снизу один и тот же опал, довольно приличного размера. Как видно на нижней картинке, он гибкий. Его нарочно погнули под разными углами, чтобы он заиграл всеми цветами радуги. Да, цвет зависит от угла, но в данном случае он зависит еще и от расстояния между узлами коллоидного кристалла и это расстояние можно менять простым механическим растяжением.
Как так получается?


Просто вместо твердых стеклянных шариков для изготовления опала использовали эластичные резиновые, причем core-shell частицы, с ядром из одного материала и оболочкой из другого, более мягкого. Вот картинка, которая все объясняет лучше слов:
123123

Таким образом, совершенно необязательно делать отдельный фотонный кристалл для определенной длины волны, можно один и тот же настраивать под разные длины. Потом я расскажу как еще можно настраивать фотонные кристаллы; механическое растяжение-сжатие - не единственный путь.

А пока хочу рассказать про так называемые inverse opals (обратные опалы?).
Как вы уже, наверно, догадались, обратные опалы делаются так: берется обычный опал (скажем, стеклянные шарики и воздух между ними), пространство между шариками заполняется другим материалом (скажем, жидким мономером с последующей полимеризацией прямо внутри опала), затем первоначальный темплат (стеклянные шарики)  удаляются (скажем, растворяются в плавиковой кислоте).  Имеем: там, где раньше были стеклянные шарики, теперь воздух, а где был воздух - теперь изящный полимер.  Под микроскопом все это выглядит фантастически красиво.
Ну вот, например, картинка (отсюда) для иллюстрации процесса, плюс перечисляются разные применения фотонных кристаллов.


А вот обратный опал под микроскопом (отсюда). Это фантастика насколько изящны эти структуры. Этот сделан из оксида титана.



Для обратных опалов работают все правила фотонных кристаллов. Показатель преломления, расстояние между узлами, угол, длина волны.
Например,вот картинка, на которой показаны три разных обратных опала, сделанных из оксида титана (взята отсюда).  Да, три, а не пять, как могло показаться. Пять здесь фотонных кристаллов, просто два из них сделаны из одних и тех же опалов. Опалы А, B, C сделаны из оксида титана так, что размер пор (то что раньше было шариками) составляет 200, 250 и 285 нм соответственно, то есть, это разные опалы изначально. Обратите внимание, чем меньше расстояние между узлами кристалла, тем меньше длина волны (логично).  Однако образец Д представляет собой образец Б, заполненный вместо воздуха метанолом (т.е. с измененным показателем преломления), а образец Е = образец С + метанол.
112


Для чего нужны обратные опалы и чем они лучше обычных? Ну, во-первых, они меньше весят (если, конечно, оставлять в них воздух, а не менять на другой материал). Во-вторых (это для меня актуально), если нужно добавить какую-то химию в опал, например, модифицировать поверхность, то в обратных опалах больше места там, где раньше были шарики. Если быть точным, то в обычном опале шарики занимают 74% пространства, а остальные 26% - воздух. Соответственно, в обратном опале все строго наоборот.  Ну, и в-третьих (и это главная причина почему их делают), они обалденно красивы под микроскопом и в реальной жизни.

Правда, есть у них и минус. Они хрупкие (ведь там один воздух и тоненькие прослойки), с ними тяжело работать, даже дышать в их сторону нельзя.  Хотя, например, обратные опалы можно сделать из полимера, тогда они вполне рабочие, да еще и гибкие впридачу.

Продолжение следует, до бесконечности. Тут непаханое поле и простор для фантазии.

В следующий раз покажу еще более изящный обратный опал + расскажу как еще можно менять параметры некоторых фотонных кристаллов помимо механического сдавливания и растяжения резиновых шариков.

Tags: наука, популяризация, теория радуги
Subscribe

  • С днем медработника всех причастных!

    DSC_5431_уж_с_языком_corr1.jpg © qedqed.iMGSRC.RU Вполне себе милый ужик:)) DSC_5423_уж_corr.jpg © qedqed.iMGSRC.RU Похоже, он ей…

  • Красная Шапочка и серые волки

    Ну что, в XXI веке Красная Шапочка прокачала крутизну, а серые волки слегка расслабились:) DSC_8866_Красная шапочка_obr.jpg © qedqed.iMGSRC.RU…

  • Скворцы и дети

    10 июня в парке наблюдал, как четверо скворчат преследуют родителя, а он их кормит:)) Один скворченок при этом уже держался слегка самостоятельнее, а…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 5 comments