A dip-coating method was developed to fabricate two-dimensional colloidal crystal films. The thickness of the films fabricated by this method can be obviously controlled from one layer to several tens of layers by adjusting the concentration of suspension and the rate of substrate withdrawing speed. We have performed the dip-coating at air/water and oil/water interface. To compare with the thickness of layers and optical property of colloidal crystals in each case, we have achieved the experiments which showed that the spheres form a face-centered cubic structure, that single crystals in the film can extend to centimeter dimensions and that the thickness of layers is related to the concentration and withdrawing speed. The optimal thickness of colloidal layers is indicated by measurement of optical property of colloidal crystals.
The alkoxide sol-gel synthesis of nano sized titania has been achieved to control crystallite size and phase. It is possible that the rates of hydrolysis and condensation reaction have been modulated. Through these methods, nonaggregated, ultrafine anatase titania and rutile titania particles have been generated respectively. However, amorphous, intermediated structured polyoxotitanate are made use of the mediums that can be translated to rutile titania and anatase titania each other by peroxo treating. The degree of crystallinity and purity of the synthesized materials could affect their structural evolution during heat treatment from 100℃ to 500℃. It was found that the several nanometer titania derived by acidic condition and heating time. According to XRD data of samples heated for several times at 100℃, anatase titania may either transform to rutile titania, or to brookite titania and then to rutile titania or vice versa.
Polymeric colloidal crystals have a pseudo photonic band gap due to small refractive index contrast. Thus, we have synthesized nano sized titania which have a high refractive index of 2.6~2.9, to be applied to the fabrication of inverted opal.
Dip-coating 방법은 2차원 콜로이드 결정 필름을 제조하는데 사용하였다. 이 방법으로 만들어진 필름의 두께는 단층에서 수십 층까지 콜로이드 분산액의 농도와 기판을 당겨주는 속도만으로 쉽게 결정할 수 있다. 우리는 이러한 dip-coating 방법을 공기/물 경계 면과 오일/물 경계 면에서 각각 적용해 보았다. 이 방법으로 면심구조로 입자들이 배열된 수십 cm 크기의 단결정을 만들었고, 농도와 기판속도와 관계도 확인하였다. 그리고 광 투과율을 통해 효율이 가장 좋은 콜로이드 입자의 두께도 확인하였고, 오일/물 경계에서 만들어진 콜로이드 결정이 공기/물 경계에서 만들어진 콜로이드 결정에 비해 얇으면서도 투과율이 뛰어남을 확인할 수 있었다.
나노크기의 타이타니아 입자는 Alkoxide sol-gel 법을 통해 합성할 수 있는데, 가수분해 반응과 축합반응 속도를 조절하면 그 크기와 결정상을 결정할 수 있다. 이러한 방법들을 통해 많은 연구자들이 응집되지 않으면서 초미세 크기의 anatase 타이타니아와 rutile 타이타이나를 각각 제조하였다. 그런데, 우리는 무정형의 중간체인 polyoxotitanate를 가지고 peroxo 처리를 통해 결정상을 anatase에서 rutile로, rutile에서 anatase로 쉽게 바꿀 수 있었다. 타이타니아의 결정성에 영향을 미치는 요인들이 많은데, 우리는 가열속도와 100도에서 가열하는 시간, 산의 농도와 숙성 시간에 따라 어떻게 바뀌는지 확인하였다. 우리가 합성한 타이타니아의 결정성과 순도는 100도에서 500도까지 가열하는 동안 증가하였고, 산 농도와 가열 시간에 따라 타이타니아 입자의 크기를 수 나노에서 수십 나노까지 만들었다. 또, 100도에서 가열하는 시간에 따른 XRD 결과를 통해 anatase 타이타니아에서 rutile타이타니아로, 혹은 anatase 타이타니아가 brookite 타이타니아를 거쳐서 rutile 타이타니아로 변함도 확인하였다.
고분자 콜로이드 결정은 굴절률의 차이가 작아서 완전한 광 밴드갭을 가지지 못한다. 그래서 위에서 합성한 타이타니아 나오입자(굴절률 : 2.6~2.9)를 가지고 완전한 광 밴드갭을 가지는 역전된 구조의 광결정을 만드는데 응용하였다.
