Опалоподобные структуры на основе субмикросфер полиметилметакрилата

В данной работе методом самосборки из частиц полиметилметакрилата субмикронного размера с полидисперсностью менее 5% изготовлены двумерные и трехмерные метаматериалы – коллоидные кристаллы. Морфологические особенности полученных образцов исследованы на сканирующем электронном микроскопе сверхвысокого разрешения FE-SEM Hitachi S-5500. Три различные области поверхности трехмерного опала исследованы с помощью спектроскопии отраженного света с угловым разрешением. Измерения спектров проводились в диапазоне 400÷1250 нм. Вышеуказанными методами обнаружена высокоупорядоченная структура. Выявлено узкое гранулометрическое распределение частиц. Определены средний диаметр частиц, плотность упаковки, добротность и отражательная способность образцов. На основе экспериментальных спектров отражения выполнена аппроксимация зависимости максимальной длины волны отражательной способности от угла, используя модифицированный закон Брэгга-Снеллиуса. На основании данной зависимости определены длина волны максимума отражения при нормальном падении, диаметр частиц и плотность упаковки. Рассчитана длина волны центра фотонной запрещенной зоны для высокоупорядоченной поверхности при нормальном падении. Экспериментально измеренная полная ширина пика на полувысоте для наилучшего образца составила 70 нм, а добротность – 12,4. Рассчитанный коэффициент заполнения для высокоупорядоченного опала составил 87%. Средний диаметр частиц, полученный при помощи аппроксимации спектров отражения, отлично согласуется со значениями, полученными с помощью электронной микроскопии. Наиболее интересный результат заключается в том, что отражающая способность поверхности при нормальном падении света может достигать 98%, и эта величина зависит от коэффициента заполнения – плотности упаковки.