基于微納結構陣列的全色彩顏色調控新方法.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控方法。但是，隨著科技的發展和人類社會的進步，傳統的顏色調控方法已經難以滿足相關需求。為此，本文在介紹微納米技術及微納米材料的發展歷史，綜述傳統的基于微納結構陣列的顏色調控研究發展現狀，分析這些技術的特點及尚存在的局限性的基礎上，提出和發展了一種基于微納結構陣列的顏色調控新方法，可實現覆蓋可見光全光譜的顏色序列和復雜彩色圖案的顏色調控。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，不僅具有重要的科學意義，而且可在物理學、微光學及光子學、仿生學、材料學、MOEMS及微納米技術等領域獲得廣泛應用。
　　 本文首先介紹了基于納米仿生學的顏色調控方法，闡述了激光投影式光刻、激光直寫、納米壓印及電化學自組裝等用于微納結構制備的加工技術，并對基于這些加工技術的顏色調控方法進行了探討和分析，確定了一種基于多孔氧化鋁(PA)模板和納米層的靜態顏色調控新方法。
　　 針對

3、布拉格反射模型和微納結構等效折射率計算模型進行了深入的研究，揭示了納米層/PA微納結構的顏色呈現（呈色）機制及相關的顏色調控因子;建立了幾種不同的呈色數理模型，利用多物理場仿真分析軟件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，對呈色模型展開了仿真;通過對仿真結果的詳細分析和可行性實驗，設計了一系列基于PA和納米層的靜態顏色調控方案。
　　 在理

4、論研究和仿真的基礎上，開展了基于PA模板和納米層的靜態顏色調控實驗。通過在PA模板表面沉積或濺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手段，分別實現了單色和多色的顏色呈現;首次實現了基于Cr納米層/PA和Ag納米層/PA、覆蓋可見光全光譜（全色彩）的顏色序列調控，并根據Cr納米層/PA的顏色序列，進一步得出了由預期顏色到PA參數的經驗公式，提出了滿足實際應用的顏色調控流程和方法;在此基礎上，首次提出和發展了用于制備復雜彩

5、色圖案的“局域制備法”和“局域濺射法”，分別成功制備出“世界地圖”、“蝴蝶翅膀”等復雜彩色圖案。
　　 在靜態顏色調控的基礎上，提出了一種基于壓電材料和微納結構陣列的動態顏色調控方法，并進一步對動態顏色調控方法開展了預研。通過對壓電材料的選擇和對微納結構周期的優選及仿真，設計了一種動態顏色調控器件，并對該器件的制備工藝展開了詳細的實驗研究。針對該器件搭建了由CCD成像檢測單元和壓電控制模塊組成的調控控制系統，設計并開發了應用軟件

6、，實現了從圖像采集到處理、由參數計算到顏色調控的一整套系統功能。
　　 最后對本課題的研究成果進行總結:提出和發展了一種基于PA的顏色調控新方法，并開展了系統的理論研究，建立了完備的數理模型;開展了基于PA的靜態顏色調控技術研究，首次實現了覆蓋可見光全光譜的顏色序列及“世界地圖”、“蝴蝶翅膀”等復雜彩色圖案的顏色調控;研究總結出顏色調控的經驗指導公式，據此可在實際應用中指導PA模板的制備并實現有效的顏色調控;提出了基于微納結構和