一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于核輻射測量領域，尤其是涉及一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法。
【背景技術】
[0002]塑料閃爍體是閃爍體家族中的重要一員，在核輻射測量中，特別是中子測量、中子伽馬甄別測量以及貝塔射線的測量中具有重要的應用。塑料閃爍體的折射率通常為
1.4-1.6之間，閃爍光進入空氣時會在界面遭遇全反射，從而限制了光的有效輸出。一種提高的提高光輸出的方法是在塑料閃爍體表面制備光子晶體結構，利用全內反射光與光子晶體結構的耦合作用，產生有效的提取模式，從而增加光輸出，進而提高探測系統的靈敏度、探測效率和信噪比。例如文獻(“Enhanced light extract1n efficiency of plasticscintillator by photonic crystal prepared with a self-assembly method，，JinliangLiu, Zhichao Zhu, Liang Chen, Xiaoping Ouyang, Bo Liu, Chuanwei Cheng, Jing Hu, ShiyiHe, Zewei Wang, Mu Gu，Hong Chen，Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch A795 (2015) 305 - 308)中報道利用自組裝納米微球周期陣列形成的光子晶體結構可以提高光輸出達120%。然而這種自組裝結構的有效周期面積只有約幾百平方微米，在大尺度范圍內是有很多個取向各異的疇構成，同時這種光子晶體結構不夠牢固，在外力作用下可能脫落。
[0003]1995年Stephen Y Chou教授提出的納米壓印技術為人們提供了一種快速復制大面積光子晶體結構的方法。然而傳統的納米壓印技術制備光子晶體的過程包含了光刻膠的旋涂和圖形轉移過程，該過程較為復雜，對于塑料閃爍體更面臨嚴重挑戰，首先大部分的光刻膠會與塑料閃爍體發生化學反應破壞閃爍體，其次在圖形轉移的過程中使用的離子束刻蝕等工藝很容易破壞塑料閃爍體本身，造成其發光性能的大幅下降，再次對于一些厚度小于1_的塑料閃爍體，圖形轉移過程非常容易破壞閃爍體，造成閃爍體的撕裂或形變。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種無須進行圖形轉移的光子晶體塑料閃爍體的制備方法。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]—種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，采用以下步驟:
[0007](1)選取合適的壓印模板和所需的塑料閃爍體；
[0008](2)對模板進行防粘處理；
[0009](3)利用進行過防粘處理的模板對塑料閃爍體進行熱納米壓印；
[0010](4)脫模，將壓印處理后的模板與塑料閃爍體分離，從而獲得與模板圖形互補的光子晶體結構。
[0011]步驟(1)中采用的壓印模板的材質為石英或硅，塑料閃爍體為聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯為基質材料的閃爍體。
[0012]步驟⑴中壓印模板上的納米圖案與所需的光子晶體圖案互補。
[0013]步驟(2)采用氣相沉積方式在模板表面蒸鍍防粘材料，防粘材料為全氟辛基三氯硅烷或過氟奎基三氯硅烷。
[0014]步驟(2)采用以下步驟:將模板在氮氣保護下，通入防粘材料的蒸汽蒸鍍20-30分鐘，然后在120°C下烘烤5-10分鐘，模板表面形成一層致密的有機分子層。
[0015]步驟(3)采用以下步驟:固定好待壓印的塑料閃爍體，并緩慢加熱到90°C，該溫度可以讓塑料閃爍體軟化，從而在一定壓力作用下讓模板的結構印入其中，經過多次實驗獲得的這一優化的溫度，過低過高都不合適，在這樣的溫度下即不會破壞塑料閃爍體中的發光劑，也可以使得壓印容易成型，待樣品熱平衡后，將模板慢慢覆蓋在樣品中心，緩慢施加壓力直到50Bar，該過程持續4_10分鐘，塑料樣品表面軟化后背模板壓制出與模板圖形互補的圖形。
[0016]步驟(4)采用以下步驟:緩慢降溫至40-50°C時進行脫模，待樣品溫度降到室溫，即獲得了表面具有光子晶體結構的塑料閃爍體。
[0017]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0018]1、該方法適用于塑料閃爍體表面的光子晶體制備，避免了大多數光子晶體制備過程中光刻膠的旋涂和后續圖形轉移的復雜過程，使得整個制備過程大大簡化。
[0019]2、該方法制備的光子晶體的材料構成即為塑料閃爍體本身的成份，光子晶體結構與閃爍體基片成為一體，具有天然牢固的結合，避免了光子晶體由另一種化學組分構成所帶來的發光干擾問題，和由不同化學組分導致的界面結合牢固度降低的問題。
[0020]3、該方法操作簡便，成本低廉，可以大規模的制備和生產。
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例1中樣品的實物照片。
[0022]圖2是實施例1中樣品表面的原子力顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0024]實施例1
[0025]在型號為NE102塑料閃爍體表面制備光子晶體，所選取的模板結構為三角結構的柱狀周期陣列，周期是600nm，柱子直徑是300nm，高度是300nm，模板面積是20X20mm2，模板材質是石英，所獲得的光子晶體的結構是該模板圖樣的互補結構，即三角結構的孔狀周期陣列，周期是600nm，孔直徑是300nm，高度是300nm，獲得的總面積是20X20mm2o
[0026]制備過程如下:步驟1:購買NE102塑料閃爍體，經過切割并拋光獲得表面平整的閃爍體，其尺寸為直徑為3cm，厚度為0.5mm。購買上述結構的模板一塊。步驟2:對模板進行防粘處理，在氮氣保護的燒瓶中放入模板，并緩慢沖入全氟辛基三氯硅烷蒸汽，蒸鍍20分鐘，然后取出模板，在烘箱中120°C條件下烘烤5分鐘，模板表面即形成一層致密的有機分子層，從而起到壓印過程中防止模板和被壓印的閃爍體之間沾粘的作用。步驟3:利用進行過防粘處理的模板對塑料閃爍體進行熱納米壓印，采用型號為YPL-NIL-SI400的納米壓印設備進行壓印操作，先固定好待壓印的塑料閃爍體，并緩慢加熱到90°C，待樣品熱平衡后，將模板慢慢覆蓋在樣品中心，緩慢施加壓力直到50Bar。該過程約持續5分鐘，塑料樣品表面軟化后背模板壓制出與模板圖形互補的圖形。步驟4:緩慢降低溫度，直到40°C時即可脫模，待樣品溫度降到室溫，即獲得了表面具有光子晶體結構的塑料閃爍體。圖1是獲得樣品的照片，圖2是獲得樣品的電鏡照片。表明所獲得的結構符合預期，樣品表面較為完美，周期取向一致。
[0027]實施例2
[0028]在型號為EJ212塑料閃爍體表面制備光子晶體，所選取的模板結構為正方結構的柱狀周期陣列，周期是500nm，柱子直徑是250nm，高度是300nm，模板面積是8.5X8.5mm2，模板材質是硅，所獲得的光子晶體的結構是該模板圖樣的互補結構，即正方結構的孔狀周期陣列，周期是500nm，孔直徑是250nm，高度是300nm，獲得的總面積是8.5X8.5mm2。
[0029]制備過程如下:步驟1:購買EJ212塑料閃爍體，經過切割并拋光獲得表面平整的閃爍體，其尺寸為直徑為2cm，厚度為1mm。購買上述結構的模板一塊。步驟2:對模板進行防粘處理，在氮氣保護的燒瓶中放入模板，并緩慢沖入過氟奎基三氯硅烷蒸汽，蒸鍍30分鐘，然后取出模板，在烘箱中120°C條件下烘烤10分鐘，模板表面即形成一層致密的有機分子層，從而起到壓印過程中防止模板和被壓印的閃爍體之間沾粘的作用。步驟3:利用進行過防粘處理的模板對塑料閃爍體進行熱納米壓印，采用型號為YPL-NIL-SI400的納米壓印設備進行壓印操作，先固定好待壓印的塑料閃爍體，并緩慢加熱到90°C，待樣品熱平衡后，將模板慢慢覆蓋在樣品中心，緩慢施加壓力直到50Bar。該過程約持續5分鐘，塑料樣品表面軟化后背模板壓制出與模板圖形互補的圖形。步驟4:緩慢降低溫度，直到50°C時即可脫模，待樣品溫度降到室溫，即獲得了表面具有光子晶體結構的塑料閃爍體。
【主權項】
1.一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，該方法采用以下步驟: (1)選取合適的壓印模板和所需的塑料閃爍體； (2)對模板進行防粘處理； (3)利用進行過防粘處理的模板對塑料閃爍體進行熱納米壓印； (4)脫模，將壓印處理后的模板與塑料閃爍體分離，從而獲得與模板圖形互補的光子晶體結構。2.根據權利要求1所述的一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，步驟(1)中采用的壓印模板的材質為石英或硅，塑料閃爍體為聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯為基質材料的閃爍體。3.根據權利要求1所述的一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，步驟(1)中壓印模板上的納米圖案與所需的光子晶體圖案互補。4.根據權利要求1所述的一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，步驟(2)采用氣相沉積方式在模板表面蒸鍍防粘材料。5.根據權利要求4所述的一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，所述的防粘材料為全氟辛基三氯硅烷或過氟奎基三氯硅烷。6.根據權利要求4或5所述的一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，步驟(2)采用以下步驟:將模板在氮氣保護下，通入防粘材料的蒸汽蒸鍍20-30分鐘，然后在120°C下烘烤5-10分鐘，模板表面形成一層致密的有機分子層。7.根據權利要求1所述的一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，步驟(3)采用以下步驟:固定好待壓印的塑料閃爍體，并緩慢加熱到90°C，待樣品熱平衡后，將模板慢慢覆蓋在樣品中心，緩慢施加壓力直到50Bar，該過程持續4_10分鐘，塑料樣品表面軟化后背模板壓制出與模板圖形互補的圖形。8.根據權利要求1所述的一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，其特征在于，步驟(4)采用以下步驟:緩慢降溫至40-50°C時進行脫模，待樣品溫度降到室溫，即獲得了表面具有光子晶體結構的塑料閃爍體。
【專利摘要】本發明涉及一種光子晶體塑料閃爍體的制備方法，選取合適的壓印模板和所需的塑料閃爍體；對模板進行防粘處理；利用進行過防粘處理的模板對塑料閃爍體進行熱納米壓印；將壓印處理后的模板與塑料閃爍體分離，從而獲得與模板圖形互補的光子晶體結構。與現有技術相比，本發明無須進行圖形轉移，避免了大多數光子晶體制備過程中光刻膠的旋涂和后續圖形轉移的復雜過程，使得整個制備過程大大簡化。
【IPC分類】G01T3/06, G01T1/00, B82Y40/00
【公開號】CN105425266
【申請號】CN201510736521
【發明人】劉波, 劉金良, 陳亮, 程傳偉, 陳鴻, 顧牡, 歐陽曉平
【申請人】同濟大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月3日