利用动态微纳结构调控颜色方法的仿真研究

随着微纳米技术的进步,利用人工制备的微纳米结构实现颜色的呈现成为了可能,开辟了无油墨印刷的新思路,“结构色”的研究迅速成为该领域的焦点。提出了一种基于动态周期性微纳结构阵列的颜色调控新方法。设计在周期性微结构阵列中,填充一定厚度的功能材料薄膜,通过实时控制功能材料的外部电压,精确调控微结构上下表面的高度差,以实现在同一器件表面不同预期颜色的呈现和切换。建立了微结构的物理模型,并用时域有限差分方法(finite difference time domain,FDTD)进行了仿真研究,光源采用垂直入射的线偏振光,对微纳结构阵列上下表面高度差及结构周期进行了参数扫描,获得了系列反射光谱,并用光谱功率积分的方法计算得到了相应的颜色系列,直观地标注在CIE1931颜色空间色品图上。仿真结果表明,当微纳结构阵列周期在100~300 nm范围内时,通过调节电压改变填充的功能材料的高度,可实现全光谱范围的颜色动态调控,且反射光谱的相对峰值强度在60%左右,效率可观。该方法原理新颖,为研制动态颜色调控微器件提供了理论基础,有望在无油墨印刷、显示技术等领域获得广泛应用。     

基于表面等离子激元的超薄金属减色滤波器的研究

基于表面等离子激元的新型超薄金属减色滤波器具有可靠、易制备、高透射率等诸多优点.本文对银、铜、铝、镍等不同金属材料的超薄一维光栅减色滤波器进行了系统研究.仿真获得了透射光谱,理论计算了对应透射光谱的色品坐标,并推导出了银、铜、铝三种材料透射率最低点波长与膜厚、周期关系的经验公式.仿真研究发现:除了镍的选波性较差外,银、铜、铝均表现出较好的、不同的滤波特性,其中银的滤波范围较广,而铜、铝则分别在长、短波段表现出较好的滤波性能.为了验证仿真结果,利用磁控溅射技术和聚焦离子束刻蚀技术进行了三种材料的一维光栅减色滤波器的制备实验,并在显微镜下观察滤波器的颜色效应,结果与理论仿真相符合.研究结果表明:不同金属材料在相同微结构下的颜色效应存在较大差异,可根据实际滤波需要,选择材料和微结构参数来获得最佳性价比的滤波器.