基于微納結(jié)構(gòu)陣列的全色彩顏色調(diào)控新方法.pdf

1、顏色是宇宙萬物存在的基本特征之一，為了得到不同的顏色，人們提出了各種顏色獲取及調(diào)控方法。但是，隨著科技的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的顏色調(diào)控方法已經(jīng)難以滿足相關(guān)需求。為此，本文在介紹微納米技術(shù)及微納米材料的發(fā)展歷史，綜述傳統(tǒng)的基于微納結(jié)構(gòu)陣列的顏色調(diào)控研究發(fā)展現(xiàn)狀，分析這些技術(shù)的特點(diǎn)及尚存在的局限性的基礎(chǔ)上，提出和發(fā)展了一種基于微納結(jié)構(gòu)陣列的顏色調(diào)控新方法，可實(shí)現(xiàn)覆蓋可見光全光譜的顏色序列和復(fù)雜彩色圖案的顏色調(diào)控。該方法具有原理新穎、方

2、法巧妙、色彩亮麗、可覆蓋可見光全光譜等特點(diǎn)，不僅具有重要的科學(xué)意義，而且可在物理學(xué)、微光學(xué)及光子學(xué)、仿生學(xué)、材料學(xué)、MOEMS及微納米技術(shù)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
　　 本文首先介紹了基于納米仿生學(xué)的顏色調(diào)控方法，闡述了激光投影式光刻、激光直寫、納米壓印及電化學(xué)自組裝等用于微納結(jié)構(gòu)制備的加工技術(shù)，并對(duì)基于這些加工技術(shù)的顏色調(diào)控方法進(jìn)行了探討和分析，確定了一種基于多孔氧化鋁(PA)模板和納米層的靜態(tài)顏色調(diào)控新方法。
　　 針對(duì)

3、布拉格反射模型和微納結(jié)構(gòu)等效折射率計(jì)算模型進(jìn)行了深入的研究，揭示了納米層/PA微納結(jié)構(gòu)的顏色呈現(xiàn)（呈色）機(jī)制及相關(guān)的顏色調(diào)控因子;建立了幾種不同的呈色數(shù)理模型，利用多物理場(chǎng)仿真分析軟件COMSOL Multiphysics，分別從不同材料的金屬納米層，不同厚度的金屬納米層，不同孔深及不同孔隙率的PA模板等方面，對(duì)呈色模型展開了仿真;通過對(duì)仿真結(jié)果的詳細(xì)分析和可行性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一系列基于PA和納米層的靜態(tài)顏色調(diào)控方案。
　　 在理

4、論研究和仿真的基礎(chǔ)上，開展了基于PA模板和納米層的靜態(tài)顏色調(diào)控實(shí)驗(yàn)。通過在PA模板表面沉積或?yàn)R射不同的金屬納米層、控制PA模板的孔深或孔隙率等多種技術(shù)手段，分別實(shí)現(xiàn)了單色和多色的顏色呈現(xiàn);首次實(shí)現(xiàn)了基于Cr納米層/PA和Ag納米層/PA、覆蓋可見光全光譜（全色彩）的顏色序列調(diào)控，并根據(jù)Cr納米層/PA的顏色序列，進(jìn)一步得出了由預(yù)期顏色到PA參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，提出了滿足實(shí)際應(yīng)用的顏色調(diào)控流程和方法;在此基礎(chǔ)上，首次提出和發(fā)展了用于制備復(fù)雜彩

5、色圖案的“局域制備法”和“局域?yàn)R射法”，分別成功制備出“世界地圖”、“蝴蝶翅膀”等復(fù)雜彩色圖案。
　　 在靜態(tài)顏色調(diào)控的基礎(chǔ)上，提出了一種基于壓電材料和微納結(jié)構(gòu)陣列的動(dòng)態(tài)顏色調(diào)控方法，并進(jìn)一步對(duì)動(dòng)態(tài)顏色調(diào)控方法開展了預(yù)研。通過對(duì)壓電材料的選擇和對(duì)微納結(jié)構(gòu)周期的優(yōu)選及仿真，設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)顏色調(diào)控器件，并對(duì)該器件的制備工藝展開了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)該器件搭建了由CCD成像檢測(cè)單元和壓電控制模塊組成的調(diào)控控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了應(yīng)用軟件

6、，實(shí)現(xiàn)了從圖像采集到處理、由參數(shù)計(jì)算到顏色調(diào)控的一整套系統(tǒng)功能。
　　 最后對(duì)本課題的研究成果進(jìn)行總結(jié):提出和發(fā)展了一種基于PA的顏色調(diào)控新方法，并開展了系統(tǒng)的理論研究，建立了完備的數(shù)理模型;開展了基于PA的靜態(tài)顏色調(diào)控技術(shù)研究，首次實(shí)現(xiàn)了覆蓋可見光全光譜的顏色序列及“世界地圖”、“蝴蝶翅膀”等復(fù)雜彩色圖案的顏色調(diào)控;研究總結(jié)出顏色調(diào)控的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)公式，據(jù)此可在實(shí)際應(yīng)用中指導(dǎo)PA模板的制備并實(shí)現(xiàn)有效的顏色調(diào)控;提出了基于微納結(jié)構(gòu)和