非晶光子晶体对长余辉材料发光性能的调控

Long persistent phosphor materials (LPP) is a kind of environmentally friendly, energy efficient materials, and has been widely used in illumination, display, decoration and so on, However, LPP currently has two issues: low afterglow intensity and short afterglow time. The commonly used methods to improve its luminescence properties are by changing host material or luminescence center, or by optimizing the preparation process or technology, which is tedious and not applicable. This project is going to provide a new method to improve the luminescence properties of LPP by introducing amorphous photonic crystals (APC) into the system, there exists photonic pseudogap in APC, which is direction-independent, so light can be scattered evenly in all directions without orientation, which implies the afterglow intensity can be enhanced in wide angles by resonance scattering and interference with APC. Meanwhile, the pseudogap of APC can modulate the spontaneous and restrain attenuation rate of luminescence center in LPP, the afterglow time is therefore extended. By adjusting the latex spheres’ refractive index, diameter, particle size distribution, film thickness and the degree of disorder, the light modulating properties and principles of APC on LPP will be discussed. It is expected to find a new way to improve the luminescence properties of LPP in wide angles, and the enhancement mechanism is applicable to other LPP.

长余辉发光材料具有环境友好、高效节能的优点，已经在应急照明、显示、装饰等领域得到广泛应用，但仍存在发光强度弱，余辉时间短的缺点。通过改变发光材料或基质材料种类，改变制备工艺或条件来提高长余辉材料的发光性能的方法均存在适用的局限性。本项目拟利用非晶光子晶体来调控稀土长余辉材料发光性能并研究其作用机理。非晶光子晶体具有类似于光子晶体的赝带隙，同时具有非角度依赖的光学性能，利用非晶光子晶体对稀土长余辉材料发射光之间的共振散射作用和干涉效应，可在宽角度范围内实现初始亮度的提高；同时光子赝带隙能够有效的调控稀土长余辉材料发光中心的自发辐射，通过抑制自发辐射的衰减速率，延长余辉时间。通过研究非晶光子晶体的无序度、折射率、粒径分布、厚度、入射角度等因素对其调控性能的影响，有望得到一种有效提高长余辉材料发光性能的新方法，该结构增强机理可适用于不同发射波长范围和种类的长余辉材料。

光子晶体或非晶结构都具有环境友好，光谱范围广，永不褪色等优点，近年来引起了研究者的广泛兴趣。它通常是由折射率不同的材料周期性或准周期性排列构成，具有优异的光学信号调控性能。. 本研究工作拟从不同折射率的聚合物微球的制备出发，通过合成一系列不同粒径、不同折射率的单分散微球，自组装得到光子晶体或非晶结构，并对其优异的光信号调控性能进行研究。通过加入高机械强度的小分子单体或涂层，来增加微球之间以及微球与基材之间的相互作用力，得到一种普适的大面积制备结构色的方法，同时解决结构色在使用过程中结构容易脱落和不耐溶剂的难题。.在本项目的资助下，我们的研究工作主要取得了如下成果：.1、分别制备了一系列单分散的聚苯乙烯微球，响应性聚合物微球，核壳结构的聚合物-四氧化三铁磁性微球；微球组装得到的光子晶体具有很好的刺激响应性能；其中核壳结构磁性纳米颗粒在生物成像检测方面具有重要的应用价值。.2、通过加入金属离子或在微球表面修饰上金属络合物配体，增加了微球间的相互作用力，达到消除裂纹的目的，制备得到的无裂纹光子晶体对于提高光子晶体在光学器件方面的应用价值具有重要的意义。.3、通过贻贝类似物聚多巴胺的加入，增加了光子晶体或者非晶光子晶体与基材之间的相互粘附力，极大的提高光子晶体结构色的实际应用价值。.4、制备得到的非晶光子晶体，具有很好的光学调控性能，有望作为稀土发光、荧光材料、太阳能电池等光学器件的光信号放大器。.5、单分散微球通过包覆相变材料、香精等可得到功能化微胶囊。