一種雙穩態光子晶體制造技術

本發明專利技術揭露一種雙穩態光子晶體，該光子晶體具有復數個孔洞，每一孔洞表面均具有一疏水層，當該光子晶體浸入一預定液體時，該光子晶體具有一第一穩態及一第二穩態，其中第一穩態使預定液體充滿于光子晶體的復數個孔洞，而第二穩態使預定液體排除于光子晶體的復數個孔洞之外。由于第一穩態及第二穩態間的能量障礙，本發明專利技術光子晶體可以在無需外部能量消耗的前提下維持任一穩態。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術關于ー種雙穩態光子晶體，特別關于ー種可以在無需外部能量消耗前提下可以維持兩種穩定狀態之一的光子晶體。
技術介紹
光子晶體為具有周期性折射率的納米結構，可以改變光的傳遞，為習知業界引頸期盼能廣泛應用于未來光通訊、顯示器與光計算器的最新科技。目前光子晶體技術發展主要在于其制造以及驅動調變的方式，傳統光子晶體變色技術主要利用電化學方式，藉由材料折射率受化學溶劑膨脹而改變，因而產生顏色變化。然而，習知光子晶體的調控技術受限于液體擴散速度( 10-3m/s)與材料限制，難以同時兼具快速反應時間與大幅度的顏色變化，因而限制光子晶體的廣泛應用。 此外，習知可變光子晶體確實在提供寬波長調變范圍或是快速反應時間的其中一方面得到成功的驗證，其中有些習知光子晶體利用膨脹或收縮彈性高分子，亦或以磁力改變周期性的方式來達到10納米以上的調變范圍，然而這些習知光子晶體因涉及流體傳輸機制而至少需要I秒鐘以上的反應時間。相反地，習知具有10毫秒以下反應時間的光子晶體，其具有以電カ操控非等向材料的機制，而材料的非等向性卻將波長調變范圍限制在2納米以下。因此，習知技術實際上未曾出現ー個可變光子晶體能同時兼具寬波長調變范圍與快速反應時間。有鑒于此，發展一種可以兼具寬波長調變范圍及快速反應時間的光子晶體，同時亦可以在無需外部能量消耗的前提下維持ー穩定狀態，則成為了本
所迫切面臨的課題。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的ー范疇在于提供ー種雙穩態光子晶體，光子晶體具有復數個孔洞，每一孔洞表面均具有一疏水層。當光子晶體浸入ー預定液體時，光子晶體具有一第一穩態及一第二穩態，其中第一穩態使預定液體充滿于光子晶體的復數個孔洞，而第二穩態使預定液體排除于光子晶體的復數個孔洞之外。根據一具體實施例，本專利技術光子晶體具有一表面，第一穩態藉由將ー第一液體涂布于光子晶體的表面，以使預定液體充滿于表面下光子晶體的復數個孔洞，而第一液體的表面張カ小于預定液體的表面張カ。此外，第二穩態藉由將ー第二液體涂布于光子晶體的表面，以使預定液體排除于表面下光子晶體的復數個孔洞之外，而第二液體的表面張カ大于預定液體的表面張力。此外，在實際應用中，預定液體可以是一重量百分比濃度為30%的こ醇水溶液，第一液體可以是一重量百分比濃度為99. 5%的こ醇水溶液，而第二液體可以是ー純水。綜合上述，本專利技術光子晶體乃藉由置換不同液體所產生的毛細カ變化，以液體的雙向流動位移來置換光子晶體的孔洞中液體所占的空間比例，藉由改變復數個孔洞的等效折射率，以使光子晶體的反射及穿透光譜改變，得以快速與大幅改變光子晶體的顔色。再者，由于本專利技術光子晶體的第一穩態及一第二穩態間的能量障礙，本專利技術光子晶體可以在無需外部能量消耗的前提下維持任一穩態。關于本專利技術的優點與精神可以藉由以下的專利技術詳述及所附圖得到進ー步的了解。附圖說明圖I為繪示本專利技術光子晶體涂布第一液體的示意圖 圖2為繪示本專利技術光子晶體涂布第二液體的示意圖。圖3為繪示本專利技術光子晶體于掃描式電子顯微鏡的剖面圖。圖4為繪示光子晶體變色技術的比較表。主要組件符號說明10:光子晶體 12 :孔洞14 :疏水層 16 :表面18:預定液體 20 :第一液體22 :第二液體具體實施例方式請參閱圖I及圖2。圖I為繪示本專利技術光子晶體涂布第一液體的示意圖，圖2為繪示本專利技術光子晶體涂布第二液體的示意圖。本專利技術提供ー種雙穩態光子晶體10，其具有復數個孔洞12，每一孔洞12表面均具有一疏水層14。當光子晶體10浸入ー預定液體18吋，光子晶體10具有一第一穩態及一第二穩態，其中第一穩態使預定液體18充滿于光子晶體10的復數個孔洞12，而第二穩態使預定液體18排除于光子晶體10的復數個孔洞12之外。根據一具體實施例，本專利技術光子晶體10具有一表面16,第一穩態藉由將ー第一液體20涂布于光子晶體10的表面16 (如圖I所不),以使預定液體18充滿于表面16下光子晶體10的復數個孔洞12，其中第一液體20的表面張カ小于預定液體18的表面張力。此夕卜，第二穩態藉由將ー第二液體22涂布于光子晶體10的表面16(如圖2所示)，以使預定液體18排除于表面16下光子晶體10的復數個孔洞12之外，其中第二液體22的表面張カ大于預定液體18的表面張力。根據本專利技術的一具體實施例，本專利技術所采用的預定液體18、第一液體20及第ニ液體22可以是ー極性(Polar)液體或是ー非極性(Nonpolar)液體,例如可以是水(Water)、醇類(Alcohols)、膠體(Colloids)、界面活性劑(Surfactants)或離子液體(IonicLiquids)等。此外,預定液體18、第一液體20及第ニ液體22可以分別是具有不同重量百分比濃度的一二元混合液體或是ー醇水混合液體。在實際應用中，本專利技術以下采用預定液體18是ー重量百分比濃度為30%的こ醇水溶液、第一液體20是ー重量百分比濃度為99. 5%的こ醇水溶液及第ニ液體22是ー純水，藉以說明本專利技術光子晶體10處于第一穩態或第二穩態的工作原理。請再參閱圖I。首先，將孔洞12中含有氣體的光子晶體10浸入30%的こ醇水溶液；接著，將光子晶體10的表面16涂布ー薄層99. 5%的こ醇水溶液；之后，低表面張カ的99. 5%こ醇水溶液自動引發毛細吸引將30%的こ醇水溶液吸入光子晶體10 ;再者，30%的こ醇水溶液將進行擴散及濃度平衡；最后，使得光子晶體10的孔洞12充滿30%的こ醇水溶液，亦即光子晶體10處于第一穩態。請再參閱圖2。首先，將光子晶體10的表面16涂布ー薄層純水；接著，高表面張力的純水擴散進入光子晶體10內部及濃度平衡；之后，光子晶體10內部水含量增加導致表面張カ增加，自動引發毛細斥力將30%的こ醇水溶液排出光子晶體10的孔洞12外；最后，使得光子晶體10的孔洞12充滿氣體，亦即光子晶體10處于第二穩態。有鑒于光子晶體10的復數個孔洞12中預定液體18所占的空間比例變動，亦將導致光子晶體10的孔洞12的折射率改變，進而造成光子晶體10的顏色變化。再者，由于第ー穩態及第ニ穩態間的能量障礙，本專利技術光子晶體10可以在無需外部能量消耗的前提下維持任一穩態。請參閱圖3，圖3為繪示本專利技術光子晶體于掃描式電子顯微鏡的剖面圖。在實際應用中，本專利技術光子晶體10為一多孔娃光子晶體(Porous Silicon-based Photonic Crystal)，然本專利技術所應用的光子晶體10并不限于以硅為基底的光子晶體，其可以是由ー娃基材或一高分子材料或一半導體材料所備制，例如光子晶體可以由娃(Silicon)、ニ 氧化娃(Silicon Dioxide)、氮化娃(Silicon Nitride)、 ニ 氧化欽(TitaniumOxide)、光阻(Photoresist)、聚苯こ烯(Polystyrene, PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA,Acrylic)所備制。此外，本專利技術光子晶體10具有復數個孔洞12，而每一孔洞12可以是ー納米尺度的孔洞，例如可以是十納米孔徑的孔洞。再者，本專利技術光子晶體10可以是ー種具有不同孔洞密度層交錯的多孔硅光子晶體。于實際應用上，多孔硅光子晶體10可以是一具有五又二分之一不同孔洞密度層交錯的多本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙穩態光子晶體(Photonic？Crystal)，該光子晶體具有復數個孔洞，每一孔洞表面均具有一疏水層，當該光子晶體浸入一預定液體時，該光子晶體具有一第一穩態及一第二穩態，其中該第一穩態使該預定液體充滿于該光子晶體的該復數個孔洞，該第二穩態使該預定液體排除于該光子晶體的該復數個孔洞之外。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉哲良，詹佳璁，
申請(專利權)人：葉哲良，
類型：發明
國別省市：