Funktionale dreidimensionale Photonische Kristalle aus ...

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Inhaltsverzeichnis IV 3.5.3.2. Aufschleudern 192 3.5.3.3. Monoschichten durch Langmuir-Blodgett-Transfer 193 3.6. Präparation von Strukturen basierend auf Kolloidkristallen 194 3.6.1. Invertierungen 194 3.6.1.1. Invertierung mit TiO2 194 3.6.1.2. Invertierung mit Poly(dimethyl siloxan) 195 3.6.2. Heterostrukturen 195 3.6.2.1. Präparation von Kolloidkristalldoppelschichten 195 3.6.2.2. Präparation von Heterostrukturen aus TiO2-Replika und Kolloidkristallen 3.6.3. Verwendung von Kolloidkristallen als Pigment 196 3.6.3.1. Pigmentherstellung 196 3.6.3.2. Dispergierung der Pigmente in Lacken 196 3.7. Charakterisierung 197 3.7.1. Infrarot-Spektroskopie 197 3.7.2. Kernresonanzspektroskopie 197 3.7.3. UV-VIS-Spektroskopie 197 3.7.4. Gel-Permeations-Chromatographie 197 3.7.5. Differentialkalorimetrische Messungen 197 3.7.6. Optische Mikroskopie 198 3.7.7. Raster-Elektronen-Mikroskopie 198 3.7.8. Fotographie 198 3.7.9. Temperexperimente 198 3.7.10. Aufschleudern 198 4. Literaturverzeichnis 199 5. Danksagung 207 196
1. Einleitung 1 1. Einleitung Das Forschungsgebiet „Photonik“ ist ebenso jung wie dynamisch. Seit 1987 hat sich sowohl die Theorie, als auch die praktische Herstellung von photonischen Kristallen dramatisch ent- wickelt. Ausschlaggebend dafür waren zwei Veröffentlichungen, die unabhängig voneinander in derselben Fachzeitschrift die Unterdrückung der spontanen Emission von Photonen [1] und deren starke Lokalisation [2] in photonischen Kristallen postulierten. Photonische Kristalle sind Materialien mit periodisch variierendem Brechungsindex, die die elektromagnetische Strah- lung mit sogenannten photonischen Bandlücken beeinflussen. Sie wurden schon früher er- wähnt [3,4] , aber erst durch moderne Rechnerkapazitäten konnte die Idee, Photonen verarbeiten zu können, in besonderer Weise verfolgt werden. Es bestand so die Möglichkeit, Materialei- genschaften zu simulieren und zu postulieren [5-18] , bevor sie experimentell nachgewiesen werden konnten [19,20] . Zusätzlich war es auch erst im letzten Jahrzehnt durch die Entwicklungen in der Nanotechnologie und Lithographie möglich, Strukturen darzustellen, deren Periodizität im Submikrometerbereich liegt [21-24] . Damit war es möglich, elektromagnetische Strahlung im infraroten und sichtbaren Bereich zu manipulieren [25-32] . Die Motivation, die hinter der einfach klingenden Idee der Photonenmanipulation steckt, ist die Möglichkeit, die Informationstechnologie zu revolutionieren. Diese funktioniert heute noch hauptsächlich auf der Verarbeitung von Elektronen. Was aber wäre, wenn man Informa- tion statt mit Elektronen mit Photonen verarbeiten könnte? Der Transport von Information wird schon im großen Maßstab auf elektromagnetischer Basis abgewickelt. Die Verarbeitung beim Endverbraucher beruht jedoch auf derselben Technologie wie in den siebziger Jahren des letzten Jahrhunderts. Photonische Kristalle findet man jedoch nicht nur in der modernen Wissenschaft. Die Natur bedient sich ebenfalls periodischer Strukturen, die durch Interferenz elektromagnetischer Strahlung Farben erzeugen. Diese dekorativen Farbspiele von Federn, Stacheln oder Insek- tenpanzern haben großen Einfluss auf die soziale Ebene des Zusammenlebens in der Fauna. In der unbelebten Natur sind es vor allem die, als Edelsteine bekannten, Opale, deren Schillern ebenfalls auf Lichtbeugung an photonischen Kristallen beruht. Opale bestehen aus einer peri- odischen Anordnung von Kugeln aus Silikaten, die in einer wasserhaltigen Silikatmatrix ein- gebettet sind. Durch den unterschiedlichen Wassergehalt entsteht die für die Farbenerzeugung wichtige periodische Veränderung des Brechungsindexes. In dieser Arbeit sollen unter anderem photonische Kristalle aus künstlichen Opalen hergestellt werden. Die Kristallisation von Polymerlatizes in kubisch dichtest gepackte Kristallgitter
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