تحضير البلورات الضوئية

تأسست البلورات الفوتونية (البلورة الفوتونية) في عام 1987 من قبل S. John و E. Yablonovitch. تم اقتراحها بشكل مستقل، وهي عبارة عن بنية مجهرية اصطناعية تتشكل من الترتيب الدوري للوسائط ذات مؤشرات الانكسار المختلفة. البلورات الفوتونية هي مواد ذات فجوة نطاق فوتونية، ومن منظور بنية المادة، فإن البلورات الفوتونية هي فئة من البلورات المصممة والمصنعة بشكل مصطنع مع هياكل عازلة دورية على المستوى البصري. على غرار تعديل دالة موجة الإلكترون بواسطة شبكة أشباه الموصلات، فإن المواد ذات الفجوة النطاقية الفوتونية قادرة على تعديل الموجة الكهرومغناطيسية - بأطوال موجية مقابلة. عندما تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في مواد الفجوة النطاقية الفوتونية، يتم تعديلها بسبب وجود تشتت براج، وتشكل طاقة الموجة الكهرومغناطيسية بلورات فوتونية ذات بنية نطاقية. توجد فجوة نطاقية بين النطاقات، أي فجوة نطاق الفوتون. لا يمكن للفوتونات التي تحتوي على طاقة في فجوة نطاق الفوتون دخول البلورة. تتشابه البلورات الفوتونية وأشباه الموصلات في العديد من النواحي من حيث النماذج الأساسية وأفكار البحث، ومن حيث المبدأ، يمكن للناس تصميم وتصنيع البلورات الفوتونية وأجهزتها للتحكم في حركة الفوتونات. وقد أتاح ظهور البلورات الفوتونية، المعروفة أيضًا باسم مواد فجوة نطاق الفوتون، تحقيق حلم التلاعب بالفوتونات والتحكم فيها.

1. ضخم مجموعة من الكرات المجهرية المصنوعة من البوليسترين أحادي الطبقة

يقوم هذا المنتج بتجميع الكرات المجهرية المصنوعة من البوليسترين ذاتيًا في هيكل مصفوفة ذات مساحة كبيرة، ويمكن استخدام الهيكل كقالب لإعداد هيكل مصفوفة معدنية مضادة للبروتين.

الشكل 1 قالب من الكرات المجهرية المصنوعة من البوليسترين ذات المساحة الكبيرة

أظهر المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أن الكرات المجهرية الضخمة من البوليسترين أظهرت شكل توزيع سداسي، وبعد قصفها بغاز بلازما الأكسجين، يمكن تعديل وقت القصف لتشكيل بنية مصفوفة من الكرات المجهرية من البوليسترين بمسافات قابلة للتعديل، كما هو موضح في الشكل 2. باستخدام هذا الهيكل كقالب، يمكن تحضير هياكل مصفوفة نانوية معدنية بمسافات مختلفة وأشكال مختلفة، والتي لها مجموعة واسعة من التطبيقات في الكشف البيولوجي والأجهزة البصرية الإلكترونية.

الشكل 2 بنية مجموعة من الكرات المجهرية الضخمة من البوليسترين ذات الطبقة الواحدة مع تباعد قابل للتعديل

2. بنية نانوية معدنية ثنائية ضخمة

يعتمد هذا المنتج على هيكل مجموعة الكرات الدقيقة من البوليسترين من خلال رش الفيلم المعدني، باستخدام طريقة التلدين في درجات الحرارة العالية لإزالة الكرات الدقيقة من البوليسترين، ويمكن تشكيل بنية نانوية معدنية ثنائية على سطح الركيزة، ويأخذ هذا المنتج الذهب كمثال لتشكيل بنية نانوية ذهبية ثنائية.

الشكل 3 بنية مجموعة النانو الذهبية الثنائية

بعد رش أغشية معدنية مختلفة على سطح قالب البوليسترين، تم أيضًا تحضير بنية مجموعة النانو المعدنية الثنائية لجسيمات النانو الذهبية المركبة من ثاني أكسيد التيتانيوم عن طريق التلدين عالي الحرارة.

الشكل 4 بنية مجموعة نانوية معدنية ثنائية مكونة من ثاني أكسيد التيتانيوم وجسيمات نانوية من الذهب

 

3. هيكل مصفوفة من الكرات المجهرية المصنوعة من البوليسترين "الإله ذو الوجهين"

ستشكل مجموعة الكرات الدقيقة الفردية من البوليسترين المحضرة بطريقة التجميع الذاتي لواجهة المحلول المختلط بنية مجموعة الكرات الدقيقة من البوليسترين "ذات الوجهين" بسبب التغيير الواضح في طريقة توزيع البنية الثنائية المكونة من تركيزات مختلفة.

الشكل 5: بنية مجموعة من الكرات المجهرية الضخمة من البوليسترين الثنائي