光子晶体是上个世纪末才被提出的新型材料，它是由两种介电常数不同的材料在三维方向上周期性排列形成的一种人工晶体结构，由于其结构周期与光的波长相接近，可以对光子的传输起到调制作用，因此被研究者称为"光子晶体"。由于光子晶体对光具有强大的超控能力，一经提出即受到了科研领域的强烈关注，其在航空航天、能源、光子计算机、光学仪器和军事领域都有着广阔而重要的应用前景。然而，由于光子晶体需要在三维方向上都形成精确的周期性结构，其大面积高精度制备始终是一个困扰学界的难题，这也一直限制着光子晶体走向实际应用。 本项目针对光子晶体制备过程中的一系列技术难题开展了攻关研究。首先通过在单分散微球制备工艺进行改进，并引入准实时监控手段，实现了对微球粒径的准确控制，从而对光子晶体的带隙位置实现了准确控制；然后通过臭氧、紫外、偶联剂等多种手段调节微球及基板表面的电位和浸润性能，以减少光子晶体中的缺陷；并对自组装工艺条件进行了详细的摸索和改进，实现了对光子晶体层数等结构参数的精确控制。获得基于单分散胶体微球的光子晶体后，本项目又通过电沉积等方法制备了反式结构的硅、锗、二氧化钛等更多功能材料构筑的光子晶体。 获得高质量光子晶体后，本项目针对多种不同光子晶体应用需求，开展了一系列应用研究；利用其高反射和高激光损伤阈值的特性，开发了光子晶体激光防护涂层，填补了此技术领域内的空白，为军用卫星和飞航武器的生存能力提供了有效的保障；利用其窄带分光能力，开发了光子晶体细菌总数快速检测仪，大幅度的降低了细菌检测仪的体积和成本，提高了检测效率；利用其分波段光/热性能调控 ，开发了高温热防护涂层，在有效同时阻断向高超声速飞行器内部的热传导和热辐射的同时，增强了对外热辐射散热的能力，有效的降低了飞行器内外温度；利用其反射峰位置的角度依赖性，在工艺美术陶瓷表面形成具有虹彩效应的结构色，重现了传统陶瓷"曜变天目"的效果。 通过本项目研究，为后续光子晶体在多种重要领域的应用打下了良好的基础，同时解决了多个军用/民用领域的技术难题，创造了巨大的经济和社会效益。

哈尔滨工业大学

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