光電所在可拉伸襯底結構色研究方面獲進展

2020-12-05 中國科學院

　　對於彩色顯示技術來說，傳統技術採用色彩吸收材料如染料、色素等進行光譜濾波顯色，但此類材料存在使用壽命相對較低、製備工藝較為複雜、色彩串擾等問題，因而在高分辨顯示、成像等應用領域面臨較大的挑戰。隨著納米技術與納光子學等學科的興起，具有高自由度光譜調控能力的人工納米結構如超材料、超表面為顯色領域提供了一種新的操控技術。更為重要的是，通過調控納米結構的結構尺寸、形貌、周期等可以改變結構所呈現出的色彩。

　　對比傳統的顯色技術，通過結構產生的色彩即結構色具有更高的亮度、更小的尺寸、不褪色等特性，因而在彩色顯示、成像技術、防偽技術上具有很大的優勢。此外，具有色彩動態調控能力的結構更是結構色中一個重要發展方向，然而目前大部分結構色工作中色彩缺乏有效的動態調控能力或者需要特定的條件。

　　為解決目前結構色工作中動態調控所存在的問題，中國科學院光電技術研究所微細加工光學技術國家重點實驗室團隊將聚二甲基環氧烷（PDMS）作為可拉伸襯底引入到傳統等離子體結構中來構建動態可調的結構色。相較於傳統亞毫米級尺寸結構色器件，該團隊通過幹涉曝光技術、PDMS嵌套保護等優勢技術製備出晶片尺寸的實驗器件。在宏觀光學（正入射）測試條件下，該納米結構複合體系中的共振機制能產生高純度結構色，且在PDMS襯底拉伸過程中，器件所呈現出的色彩可從綠色變化到紫紅色。此外，複合體系結構中的物理機制也得到了進一步分析。這種基於可拉伸襯底的結構色在快速心率監測、生物傳感、力學測量方面具有潛在優勢。

　　該工作已發表於《先進光學材料》（Adv. Opt. Mater. (2017) 5，9，1600829），並得到了國家「973」項目、國家自然科學基金的支持。

 

圖1 基於可拉伸材料PDMS動態顯色器件結構示意圖 

 

圖2 基於可拉伸材料PDMS動態顯色器件實驗結果圖 

　　對於彩色顯示技術來說，傳統技術採用色彩吸收材料如染料、色素等進行光譜濾波顯色，但此類材料存在使用壽命相對較低、製備工藝較為複雜、色彩串擾等問題，因而在高分辨顯示、成像等應用領域面臨較大的挑戰。隨著納米技術與納光子學等學科的興起，具有高自由度光譜調控能力的人工納米結構如超材料、超表面為顯色領域提供了一種新的操控技術。更為重要的是，通過調控納米結構的結構尺寸、形貌、周期等可以改變結構所呈現出的色彩。
　　對比傳統的顯色技術，通過結構產生的色彩即結構色具有更高的亮度、更小的尺寸、不褪色等特性，因而在彩色顯示、成像技術、防偽技術上具有很大的優勢。此外，具有色彩動態調控能力的結構更是結構色中一個重要發展方向，然而目前大部分結構色工作中色彩缺乏有效的動態調控能力或者需要特定的條件。
　　為解決目前結構色工作中動態調控所存在的問題，中國科學院光電技術研究所微細加工光學技術國家重點實驗室團隊將聚二甲基環氧烷（PDMS）作為可拉伸襯底引入到傳統等離子體結構中來構建動態可調的結構色。相較於傳統亞毫米級尺寸結構色器件，該團隊通過幹涉曝光技術、PDMS嵌套保護等優勢技術製備出晶片尺寸的實驗器件。在宏觀光學（正入射）測試條件下，該納米結構複合體系中的共振機制能產生高純度結構色，且在PDMS襯底拉伸過程中，器件所呈現出的色彩可從綠色變化到紫紅色。此外，複合體系結構中的物理機制也得到了進一步分析。這種基於可拉伸襯底的結構色在快速心率監測、生物傳感、力學測量方面具有潛在優勢。
　　該工作已發表於《先進光學材料》（Adv. Opt. Mater. (2017) 5，9，1600829），並得到了國家「973」項目、國家自然科學基金的支持。
 
圖1 基於可拉伸材料PDMS動態顯色器件結構示意圖 
 
圖2 基於可拉伸材料PDMS動態顯色器件實驗結果圖 

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