·942· 北京科技大学学报 第36卷 15kwX15,0001n1030sE日 15kVX15,0001un 15V X15,0001m 75 15000 um 1030 图6不同质量比g下S二元胶粒晶体的扫描电镜照片.(a)85:15:(b)80:20:(c)60:40:(d)50:50 Fig.6 SEM images of PS binary colloidal crystals at different mass ratios:(a)85:15:(b)80:20:(c)60:40:(d)50:50 的体积分数：小球分布在大球形成的组装体的间隙 二元漂浮组装存在较大的不同.漂浮组装基本上不 内，是一种非完全填充间隙的排列状态.对于图6 受两种胶体微球质量比的影响，因为其组装过程是 (c)和(d),悬浮液中两种PS胶体微球的质量比p 以大球的组装为主导的回.本节实验结果表明，垂 均小于临界质量比pc·此时无法满足大球按照fcc 直沉积二元组装中大球和小球是同时组装的.这样 密堆积有序排列所要求的体积分数，从而大球小球 悬浮液中两种PS微球的质量比p将直接影响其在 均呈现无序排列分布.由此可见，质量比p≥pc也 基片表面的排列形式，即p≥Pc将呈现有序二元排 是得到二元PS胶粒晶体的条件之一 列，反之则为无序排列. 2.4温度对PS二元胶粒晶体组装花样的影响 图8是在不同组装温度下得到的二元PS胶粒 晶体.图8(a)~(d)对应的组装温度T分别为40、 50、60和70℃.其中大球粒径为(733±13)nm,粒 径比y为4.82，质量比p为74：26，大球在悬浮液中 的质量分数为C为0.3%.二次蒸馏水作为分散 介质. 从图8中可以看出，随着组装温度的增加，二元 PS胶粒晶体大球排列呈现无序到有序，再到无序的 Vmn=749%,Vm=269% 变化趋势，表明组装温度对二元PS胶粒晶体的组装 花样也存在影响.我们知道，胶体中胶体粒子都存 图7面心立方排列胶体品体示意图（其中颗粒和孔隙的体积分 数分别为74%和26%) 在布朗运动，而且布朗运动速率与分散体系的温度 Fig.7 Schematic of colloidal crystals with fec arrangement (the vol- 及胶体粒子大小有关.通常随着体系温度的升高和 ume fractions of particles and pores are 74%and 26%,respectively) 粒子粒径的降低，布朗运动加快.另外，二元胶体体 系中胶体粒子都存在不同程度的重力沉降，通常粒 质量比”对垂直沉积组装二元PS胶粒晶体有 子粒径越大，沉降速率越快.一定条件下，布朗运动 如此深刻的影响，实际上是垂直沉积组装方法内在 与重力沉降可达到平衡，即沉降平衡 机制的反应.这一点与PS微球悬浮液气一液界面的 对于图8(a)而言，由于组装温度为40℃，可能北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 6 不同质量比 φ 下 PS 二元胶粒晶体的扫描电镜照片． ( a) 85∶ 15; ( b) 80∶ 20; ( c) 60∶ 40; ( d) 50∶ 50 Fig． 6 SEM images of PS binary colloidal crystals at different mass ratios: ( a) 85∶ 15; ( b) 80∶ 20; ( c) 60∶ 40; ( d) 50∶ 50 的体积分数; 小球分布在大球形成的组装体的间隙 内，是一种非完全填充间隙的排列状态． 对于图 6 ( c) 和( d) ，悬浮液中两种 PS 胶体微球的质量比 φ 均小于临界质量比 φC ． 此时无法满足大球按照 fcc 密堆积有序排列所要求的体积分数，从而大球小球 均呈现无序排列分布． 由此可见，质量比 φ≥φC也 是得到二元 PS 胶粒晶体的条件之一． 图 7 面心立方排列胶体晶体示意图( 其中颗粒和孔隙的体积分 数分别为 74% 和 26% ) Fig． 7 Schematic of colloidal crystals with fcc arrangement ( the vol￾ume fractions of particles and pores are 74% and 26% ，respectively) 质量比 φ 对垂直沉积组装二元 PS 胶粒晶体有 如此深刻的影响，实际上是垂直沉积组装方法内在 机制的反应． 这一点与 PS 微球悬浮液气--液界面的 二元漂浮组装存在较大的不同． 漂浮组装基本上不 受两种胶体微球质量比的影响，因为其组装过程是 以大球的组装为主导的［32］． 本节实验结果表明，垂 直沉积二元组装中大球和小球是同时组装的． 这样 悬浮液中两种 PS 微球的质量比 φ 将直接影响其在 基片表面的排列形式，即 φ ≥ φC将呈现有序二元排 列，反之则为无序排列． 2. 4 温度对 PS 二元胶粒晶体组装花样的影响 图 8 是在不同组装温度下得到的二元 PS 胶粒 晶体． 图 8( a) ～ ( d) 对应的组装温度 T 分别为 40、 50、60 和 70 ℃ ． 其中大球粒径为( 733 ± 13) nm，粒 径比 γ 为 4. 82，质量比 φ 为 74∶ 26，大球在悬浮液中 的质量分数为 CL为 0. 3 % ． 二次蒸馏水作为分散 介质． 从图 8 中可以看出，随着组装温度的增加，二元 PS 胶粒晶体大球排列呈现无序到有序，再到无序的 变化趋势，表明组装温度对二元 PS 胶粒晶体的组装 花样也存在影响． 我们知道，胶体中胶体粒子都存 在布朗运动，而且布朗运动速率与分散体系的温度 及胶体粒子大小有关． 通常随着体系温度的升高和 粒子粒径的降低，布朗运动加快． 另外，二元胶体体 系中胶体粒子都存在不同程度的重力沉降，通常粒 子粒径越大，沉降速率越快． 一定条件下，布朗运动 与重力沉降可达到平衡，即沉降平衡． 对于图 8( a) 而言，由于组装温度为 40 ℃，可能 · 249 ·