提高無機(jī)閃爍體的有效光產(chǎn)額，對提高探測系統(tǒng)的探測效率和靈敏度具有重要意義。目前常用的BGO(Bi14Ge3O12)閃爍體是核物理及高能物理實(shí)驗(yàn)中的首選材料之一，但是由于其折射率較高，閃爍體與空氣界面更容易發(fā)生全內(nèi)反射，使大量閃爍光困于晶體中。當(dāng)外界為真空的情況下，BGO閃爍體表面光提取效率只有5.5％，其有效光產(chǎn)額被大大降低。因此，界面光提取效率的大小直接影響無機(jī)閃爍體的有效光產(chǎn)額，從而影響探測系統(tǒng)的粒子探測效率及其靈敏度。如何增強(qiáng)閃爍體的界面光提取效率成為提高現(xiàn)有無機(jī)閃爍體有效光產(chǎn)額的關(guān)鍵核心問題。

研究表明，周期性結(jié)構(gòu)的二維光子晶體對無機(jī)閃爍體的光提取具有一定增強(qiáng)效果。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，湘潭大學(xué)于2019年通過理論模擬，計(jì)算出在BGO閃爍體表面引入直徑分別為360nm和300nm時(shí)單層SiO2微球周期陣列時(shí)，閃爍體光提取效率最高，并采用液面自組裝方法，把SiO2微球鋪在液體表面，通過吸管或排水裝置把水放干，在基底上得到有序二維周期陣列，當(dāng)微球直徑為360nm時(shí)，最佳光提取增強(qiáng)了53％。相比電子束光刻法和原子層沉積法，液面自組裝方法更容易制備大面積樣品，且成本更低。但是液面自組裝法制備的單層SiO2微球陣列存在局部排列不規(guī)則的缺陷，導(dǎo)致增強(qiáng)BGO閃爍體光提取效率的效果有限。而單層SiO2周期性薄膜缺陷的產(chǎn)生主要是由于微球排列存在一定無序性。

因此，探索一種增強(qiáng)BGO閃爍體光提取效率的二氧化硅有序薄膜制備方法，保證薄膜的良好有序性、制作面積大、價(jià)格便宜、可批量化處理、具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種二氧化硅二維光子晶體薄膜及其制備方法和應(yīng)用，通過LB膜技術(shù)制備出有序性良好的二氧化硅薄膜，保證薄膜的良好有序性，可大面積、批量化制作二氧化硅二維光子晶體薄膜，且制備成本低；將其負(fù)載在BGO表面，能夠有效增強(qiáng)BGO閃爍體光提取效率。

一種二氧化硅二維光子晶體薄膜的制備方法，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，埋入待用；

步驟二、將直徑為150nm的羧基化二氧化硅納米顆粒，用乙醇稀釋獲得濃度為25μg/mL的羧基化二氧化硅溶液并在50w功率下超聲5分鐘；

步驟三、采用微量進(jìn)樣器，吸取50μL羧基化二氧化硅溶液，旋轉(zhuǎn)助推器，將溶液滴加在LB薄膜儀空氣-水界面上，靜置5分鐘；在20℃條件下，設(shè)置滑障以5mm/min的速度在空氣-水界面上側(cè)向壓縮界面上的二氧化硅單層膜，形成周期性有序薄膜，當(dāng)單層膜表面壓力壓縮至為24mN/m時(shí)，設(shè)置表面壓力恒定，以2mm/min的速度垂直提拉BGO晶體，將二氧化硅有序薄膜轉(zhuǎn)移到BGO晶體表面，得到負(fù)載在BGO閃爍晶體表面的二氧化硅二維光子晶體薄膜。

小結(jié)

采用納米顆粒直徑為150～450nm的二氧化硅，利用LB膜技術(shù)，在20℃條件下，以小于25mm/min的速度在空氣?水界面上側(cè)向壓縮單層膜，表面壓力為24～36mN/m時(shí)，以0.7～2mm/min的速度垂直提拉單層膜，制備方法簡單、薄膜有序性良好、制作面積大、價(jià)格便宜、可批量化處理，適合在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)踐中推廣，在BGO表面制備有序性較高的二氧化硅單層薄膜，增強(qiáng)BGO閃爍體光提取效率。