來(lái)自中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所(NIMTE)曹洪濤教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，開(kāi)發(fā)了一種新的垂直取向納米腔陣列直接生長(zhǎng)方法來(lái)產(chǎn)生等離子體結(jié)構(gòu)色，

該方法具有色域?qū)挕⑸柡投忍岣?、在環(huán)境條件下具有良好的穩(wěn)定性和大規(guī)模生產(chǎn)可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，其研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》期刊上。等離子體色作為傳統(tǒng)顏料和染料的環(huán)保型替代品，具有高效、長(zhǎng)期穩(wěn)定、非光漂白等特點(diǎn)。

因此，它們?cè)跓o(wú)背光顯示、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換等新興應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用。然而，具有高著色質(zhì)量和可操控自由度的大規(guī)模等離子體結(jié)構(gòu)色簡(jiǎn)易制造技術(shù)仍有待提高。由中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的科學(xué)家提出了這項(xiàng)垂直定向納米腔陣列的直接生長(zhǎng)方法，以產(chǎn)生等離子體結(jié)構(gòu)色。改進(jìn)的堆疊結(jié)構(gòu)由嵌入SiO2超材料積木層的Ag納米線陣列、納米級(jí)厚度的SiO2間隙和金屬反射鏡組成。

此外，整個(gè)堆積結(jié)構(gòu)可以通過(guò)磁控濺射來(lái)制備，這是一種容易放大的沉積技術(shù)。特別地，納米線陣列結(jié)構(gòu)特征尺寸的納米級(jí)調(diào)諧，與沉積參數(shù)以可控和可重復(fù)性的方式很好地耦合。通過(guò)引入Ag-Np金屬陶瓷層，觸發(fā)了更多的共振吸收。因此，隨著顏色飽和度的提高，色域進(jìn)一步擴(kuò)展，甚至包括黑色。通過(guò)這種方式，可以在紅、綠、藍(lán)(RGB)以及青色、洋紅、黃色、黑色(CMYK)顏色空間中實(shí)現(xiàn)全色調(diào)色板。

此外，無(wú)論是在剛性基板上還是在柔性基板上，大面積均勻的結(jié)構(gòu)色，在空氣環(huán)境中都表現(xiàn)出角度不敏感性和著色穩(wěn)定性。其研究對(duì)等離子體顏色的產(chǎn)生技術(shù)、理論探索、材料制備進(jìn)展和大面積應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。等離子體結(jié)構(gòu)色產(chǎn)生于光子與金屬納米結(jié)構(gòu)之間的共振相互作用，已經(jīng)在高端應(yīng)用中得到了迅速的發(fā)展。然而，常用結(jié)構(gòu)彩色材料和制備方法通常分別具有開(kāi)放的等離子體納米結(jié)構(gòu)和有限的可擴(kuò)展性。

新研究是一種基于Ag納米線陣列/SiO_2復(fù)合超材料薄膜的新方案，該超材料薄膜具有亞波長(zhǎng)封閉納米結(jié)構(gòu)，將介質(zhì)間隙層和金屬反射鏡結(jié)合在一起。僅通過(guò)磁控濺射就可以簡(jiǎn)單地制備整個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)，而不需要任何其他步驟。具體地說(shuō)，通過(guò)改變沉積參數(shù)，結(jié)構(gòu)單元陣列的幾何尺寸和亞10 nm周期參數(shù)可以以可控制和可重現(xiàn)的方式進(jìn)行精細(xì)調(diào)諧。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬，研究證明了垂直取向納米腔陣列中的線間耦合等離子體橫模，是如何控制可見(jiàn)波長(zhǎng)多個(gè)納米腔駐波共振的，從而在很寬的色域內(nèi)產(chǎn)生包括明亮和飽和顏色在內(nèi)的三原色。大面積和均勻的結(jié)構(gòu)顏色，無(wú)論是在剛性基板上還是在柔性基板上，都表現(xiàn)出角度不敏感和空氣穩(wěn)定的特點(diǎn)。從更廣泛的角度來(lái)看，這項(xiàng)研究表明材料方案和制造進(jìn)展為等離子體色彩設(shè)計(jì)、理論探索和大規(guī)模制造提供了一個(gè)強(qiáng)大平臺(tái)。

博科園｜研究/來(lái)自：中國(guó)科學(xué)院/寧波材料技術(shù)與工程研究所

參考期刊《先進(jìn)功能材料》

DOI: 10.1002/adfm.202002287

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