提(ti)高(gao)無機(ji)閃(shan)爍(shuo)(shuo)體(ti)的(de)有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)光(guang)(guang)(guang)產額(e)，對提(ti)高(gao)探測(ce)系統(tong)的(de)探測(ce)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)和靈敏度具有(you)重要(yao)意義。目前(qian)常(chang)用的(de)BGO(Bi14Ge3O12)閃(shan)爍(shuo)(shuo)體(ti)是(shi)(shi)核物理及(ji)高(gao)能物理實驗中(zhong)的(de)首選材料之一，但是(shi)(shi)由于(yu)其折射(she)率(lv)(lv)較(jiao)高(gao)，閃(shan)爍(shuo)(shuo)體(ti)與空氣界(jie)面更(geng)容易(yi)發生全內反射(she)，使大(da)量閃(shan)爍(shuo)(shuo)光(guang)(guang)(guang)困于(yu)晶體(ti)中(zhong)。當(dang)外界(jie)為真空的(de)情況下，BGO閃(shan)爍(shuo)(shuo)體(ti)表面光(guang)(guang)(guang)提(ti)取效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)只有(you)5.5％，其有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)光(guang)(guang)(guang)產額(e)被大(da)大(da)降低(di)。因此，界(jie)面光(guang)(guang)(guang)提(ti)取效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)大(da)小直接影響(xiang)無機(ji)閃(shan)爍(shuo)(shuo)體(ti)的(de)有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)光(guang)(guang)(guang)產額(e)，從(cong)而影響(xiang)探測(ce)系統(tong)的(de)粒子(zi)探測(ce)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)及(ji)其靈敏度。如何增強閃(shan)爍(shuo)(shuo)體(ti)的(de)界(jie)面光(guang)(guang)(guang)提(ti)取效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)成為提(ti)高(gao)現有(you)無機(ji)閃(shan)爍(shuo)(shuo)體(ti)有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)光(guang)(guang)(guang)產額(e)的(de)關(guan)鍵核心問題(ti)。

研究表明，周(zhou)(zhou)期性(xing)結構(gou)的(de)二維光子晶(jing)體(ti)(ti)對無機閃(shan)(shan)爍體(ti)(ti)的(de)光提取(qu)具有一(yi)定增強(qiang)(qiang)效(xiao)(xiao)果。根據文獻報道，湘(xiang)潭大學(xue)于(yu)2019年通過理論模擬，計(ji)算出在(zai)BGO閃(shan)(shan)爍體(ti)(ti)表面(mian)(mian)引(yin)入直(zhi)徑(jing)(jing)分別為360nm和(he)(he)300nm時(shi)單(dan)層SiO2微球周(zhou)(zhou)期陣列(lie)時(shi)，閃(shan)(shan)爍體(ti)(ti)光提取(qu)效(xiao)(xiao)率(lv)最(zui)高，并采用液(ye)面(mian)(mian)自(zi)組裝(zhuang)方(fang)法(fa)，把(ba)(ba)SiO2微球鋪在(zai)液(ye)體(ti)(ti)表面(mian)(mian)，通過吸管或排(pai)水(shui)裝(zhuang)置(zhi)把(ba)(ba)水(shui)放(fang)干，在(zai)基底上(shang)得(de)到有序二維周(zhou)(zhou)期陣列(lie)，當微球直(zhi)徑(jing)(jing)為360nm時(shi)，最(zui)佳光提取(qu)增強(qiang)(qiang)了53％。相比電子束光刻法(fa)和(he)(he)原子層沉積(ji)法(fa)，液(ye)面(mian)(mian)自(zi)組裝(zhuang)方(fang)法(fa)更(geng)容易制(zhi)備大面(mian)(mian)積(ji)樣品，且成本更(geng)低。但是液(ye)面(mian)(mian)自(zi)組裝(zhuang)法(fa)制(zhi)備的(de)單(dan)層SiO2微球陣列(lie)存(cun)在(zai)局部排(pai)列(lie)不(bu)規則的(de)缺(que)陷(xian)，導致增強(qiang)(qiang)BGO閃(shan)(shan)爍體(ti)(ti)光提取(qu)效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)效(xiao)(xiao)果有限。而單(dan)層SiO2周(zhou)(zhou)期性(xing)薄膜缺(que)陷(xian)的(de)產生主(zhu)要是由于(yu)微球排(pai)列(lie)存(cun)在(zai)一(yi)定無序性(xing)。

因(yin)此(ci)，探索一種增強BGO閃爍體光提(ti)取效率的(de)二氧化硅(gui)有序(xu)薄(bo)膜制(zhi)備方法，保證薄(bo)膜的(de)良(liang)好有序(xu)性、制(zhi)作(zuo)面積大、價格便宜、可批量(liang)化處(chu)理、具(ju)有非常(chang)重(zhong)要的(de)現實意義(yi)。

針對現(xian)有(you)(you)技術存在(zai)的不足，提供一(yi)種二(er)(er)氧化(hua)(hua)硅二(er)(er)維(wei)光子晶體薄(bo)(bo)膜(mo)及其(qi)制(zhi)備(bei)方(fang)法和應用，通過LB膜(mo)技術制(zhi)備(bei)出有(you)(you)序(xu)性良(liang)(liang)好的二(er)(er)氧化(hua)(hua)硅薄(bo)(bo)膜(mo)，保證薄(bo)(bo)膜(mo)的良(liang)(liang)好有(you)(you)序(xu)性，可大(da)面(mian)積、批量化(hua)(hua)制(zhi)作二(er)(er)氧化(hua)(hua)硅二(er)(er)維(wei)光子晶體薄(bo)(bo)膜(mo)，且制(zhi)備(bei)成(cheng)本低；將其(qi)負載在(zai)BGO表面(mian)，能夠有(you)(you)效增強BGO閃(shan)爍體光提取效率。

一種二氧化硅二維光子(zi)晶體(ti)薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將厚度為2μm，尺寸為3cm×6cm的BGO閃爍體晶體垂直插入LB薄膜儀水槽液面下方，埋入待(dai)用；

步(bu)驟(zou)二、將(jiang)直徑為(wei)150nm的羧基化(hua)二氧化(hua)硅納米顆粒(li)，用乙醇稀(xi)釋獲得(de)濃度(du)為(wei)25μg/mL的羧基化(hua)二氧化(hua)硅溶液并在50w功率(lv)下超聲5分鐘；

步驟(zou)三(san)、采用微量進(jin)樣器，吸取50μL羧基化(hua)二(er)氧(yang)化(hua)硅溶(rong)液，旋轉助推(tui)器，將溶(rong)液滴加在(zai)LB薄(bo)膜(mo)儀(yi)空氣-水(shui)界面(mian)(mian)上，靜置(zhi)5分鐘；在(zai)20℃條件下，設(she)(she)置(zhi)滑障以5mm/min的速(su)度在(zai)空氣-水(shui)界面(mian)(mian)上側向壓縮界面(mian)(mian)上的二(er)氧(yang)化(hua)硅單層(ceng)膜(mo)，形成周期性(xing)有(you)序(xu)薄(bo)膜(mo)，當單層(ceng)膜(mo)表(biao)面(mian)(mian)壓力壓縮至為24mN/m時(shi)，設(she)(she)置(zhi)表(biao)面(mian)(mian)壓力恒定，以2mm/min的速(su)度垂(chui)直(zhi)提拉BGO晶體(ti)，將二(er)氧(yang)化(hua)硅有(you)序(xu)薄(bo)膜(mo)轉移到(dao)BGO晶體(ti)表(biao)面(mian)(mian)，得到(dao)負(fu)載在(zai)BGO閃(shan)爍(shuo)晶體(ti)表(biao)面(mian)(mian)的二(er)氧(yang)化(hua)硅二(er)維(wei)光子(zi)晶體(ti)薄(bo)膜(mo)。

小結

采(cai)用納米顆粒直(zhi)徑為(wei)150～450nm的二(er)氧化(hua)硅，利用LB膜(mo)(mo)(mo)技術，在(zai)20℃條件下，以小(xiao)于25mm/min的速度在(zai)空氣?水界面上側向壓縮單(dan)層膜(mo)(mo)(mo)，表面壓力為(wei)24～36mN/m時，以0.7～2mm/min的速度垂直(zhi)提(ti)拉(la)單(dan)層膜(mo)(mo)(mo)，制(zhi)備(bei)方法簡單(dan)、薄膜(mo)(mo)(mo)有序性良好、制(zhi)作面積大(da)、價格便(bian)宜、可批量(liang)化(hua)處(chu)理，適合在(zai)工業化(hua)大(da)規模(mo)生產實踐中推廣(guang)，在(zai)BGO表面制(zhi)備(bei)有序性較高(gao)的二(er)氧化(hua)硅單(dan)層薄膜(mo)(mo)(mo)，增強BGO閃爍體光(guang)提(ti)取效率(lv)。