中科院化學(xué)所在光子晶體制備及應(yīng)用研究領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
光子晶體以其特殊的周期結(jié)構(gòu)和可以對(duì)光子傳播進(jìn)行調(diào)控的特性被稱為“光學(xué)半導(dǎo)體”，被認(rèn)為是未來光子工業(yè)的材料基礎(chǔ)。近年來，光子晶體的結(jié)構(gòu)、制備和光學(xué)特性研究受到范圍內(nèi)的高度關(guān)注，并在各類光學(xué)器件、光導(dǎo)纖維通訊和光子計(jì)算等領(lǐng)域呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。
在國(guó)家自然科學(xué)基金委、*和*的支持下，化學(xué)所宋延林研究員課題組從材料的結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)出發(fā)，發(fā)展了一種簡(jiǎn)便制備大面積光子晶體的方法，制備了一系列有特色的聚合物光子晶體材料，并以此為基礎(chǔ)研究發(fā)展了一系列高性能的光學(xué)器件。他們通過設(shè)計(jì)，制備了具有硬核－軟殼結(jié)構(gòu)的乳膠粒，制備得到了具有特殊緊密堆積結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度光子晶體膜（Macromol. Chem. Phys., 2006, 6, 596-604, Cover）。利用這種具有特殊核殼結(jié)構(gòu)的乳膠粒組裝的膠體晶體作為模板，制備了具有閉孔結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度的反蛋白石光子晶體（J. Mater. Chem., 2008, 18, 2262-2267）。通過聚合物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組裝條件的控制，得到表面浸潤(rùn)性可控的聚合物光子晶體（Chem. Mater.,2006, 18, 4984-4986; Macromol. Rapid Commun., 2006, 27,188-192; Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 219-225, Inside cover），使之可以適用于不同基材表面的光子晶體制備。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚吡咯光子晶體表面的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)及浸潤(rùn)性進(jìn)行多重調(diào)控（Chem. Mater., 2008, 20, 3554-3556）。該課題組同時(shí)在發(fā)展光子晶體的應(yīng)用方面取得了系列進(jìn)展：利用光子晶體的光子帶隙特性，實(shí)現(xiàn)了染料發(fā)光數(shù)十倍的增強(qiáng)（J. Mater. Chem., 2007, 17, 90-94）；利用光子晶體結(jié)構(gòu)及帶隙特征，將金屬薄膜能量傳遞的效率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)（Appl. Phys. Lett., 2007, 91, 203516）；利用濕度響應(yīng)的聚丙烯酰胺制備光子晶體，可以通過顏色變化簡(jiǎn)便地測(cè)定環(huán)境濕度（J. Mater. Chem.,2008, 18, 1116-1122, Cover）；利用親油的酚醛及炭材料制備的光子晶體，可以方便地檢測(cè)石油品質(zhì)以及監(jiān)控石油泄露 （Adv. Funct. Mater., 2008, in press; J. Mater. Chem.,2008, DOI :10.1039/b808675c）。針對(duì)目前聚光太陽能電池的缺陷，他們制備了光子晶體聚光器，大大提高了染料敏化電池的輸出功，并有效減少紫外或紅外聚焦所產(chǎn)生的熱效應(yīng)及對(duì)染料的破壞（J. Mater. Chem.,2008, 18, 2650-2652, Inside cover）。已申請(qǐng)發(fā)明16項(xiàng)，*2項(xiàng)，初步形成了較為系統(tǒng)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光子晶體制備和應(yīng)用的研究成果。
在以上研究基礎(chǔ)上，通過與化學(xué)所王樹研究員等合作，并結(jié)合熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）技術(shù)，他們提出了一種新的高靈敏度的 DNA 檢測(cè)方法。他們將光子晶體引入到基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移的 DNA 檢測(cè)體系中，利用光子晶體禁帶有效抑制了給體能量的損失，控制了給體能量的衰減方式，將給體光有效地局域化，大大提高了能量傳遞的效率，使檢測(cè)靈敏度得到了數(shù)百倍的提高，檢測(cè)限達(dá)到 13.5 fM。并且利用光子晶體參與的 DNA 檢測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)了常溫下 DNA 單個(gè)堿基對(duì)不匹配的識(shí)別。這一研究結(jié)果為發(fā)展基于光子晶體的高靈敏生物檢測(cè)芯片提供了新的思路。該研究結(jié)果發(fā)表在近日出版的《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7258－7262）, 并被Nature China選為研究亮點(diǎn)報(bào)道。
中科院化學(xué)所在光子晶體制備及應(yīng)用研究領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
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