【技术实现步骤摘要】
本技术涉及结构色薄膜，尤其涉及一种金属介质结构色薄膜。
技术介绍
1、在日常的工业技术中，颜色承担着重要的作用，根据产生机理划分为化学色和物理色两类。化学色是380nm到780nm光波在发色基团的部分吸收作用下产生的，而物理色是物质结构对380nm到780nm的光波调制产生的，比如说光的干涉效应、衍射现象以及散射现象，又被称为结构色。
2、光学薄膜是产生结构色的重要材料之一，属于一维光子晶体结构。传统的光学薄膜结构色结构都是基于f-p腔的对称结构由吸收层/介质层/反射层/介质层/吸收层构成。也可以是非对称的f-p腔结构由吸收层/介质层/反射层构成。相关专利cn108919405a等专利其往往利用玻璃作为基底材料，依次沉积反射金属层、介质层和吸收金属层，三层薄膜构成谐振结构实现对特定波长的高反射，有较厚的金属ag层，制备成本较高。又如德国merk的us00613201专利结构中为了提高色彩饱和度都在上层金属吸收层引入了铬，镍等重金属层作为金属吸收层的材料，不符合环境友好的要求。在专利cn103744138a、cn109491002a、cn110412672b中通过纳米圆孔阵列或者纳米圆柱阵列使得可见光在材料的表面处耦合共振实现高反射和高吸收，从而显示出特定颜色。但这类方法往往需要使用反应离子刻蚀、湿法刻蚀、原子层沉积、光刻等方法，相比仅通过电子束蒸发制备光子晶体，这种实现方式的制造流程复杂
技术实现思路
1、有鉴于此，本技术的目的在于提出一种金属介质结构色薄膜，采用介质层
2、根据本技术的一个方面，提供一种金属介质结构色薄膜，该结构色薄膜包括基底以及在基底上交替堆叠的金属层和介质层，该结构色薄膜从下至上顺序可通过如下表达式表征：
3、sub/d/m/d/(m/d)^n
4、式中，sub为基底，d为介质层，m为金属层，n为堆叠次数。
5、在上述技术方案中，传统的介质层高折射率、低折射率材料堆叠的多层结构由于反射带宽较宽，呈现色彩饱和度较差，更不能通过调节厚度或者改变膜层材料形成多种不同的颜色。所以在传统的高低折射率材料堆叠的基础上引入薄层的金属层用来充当吸收层是有必要的。本实施例设计的具体膜层结构从基底往上依次是介质层d、金属层m、介质层d，具体结构如图1所示。以dmd三层为基础结构，也可以在此基础上继续增加dm的堆叠次数，可以是dmd(md)^n，堆叠次数越多膜系中心波长反射率也越高。实施例中的所有介质层d都采用相同的厚度和材料，所有金属层m都采用相同的厚度和材料，为对称膜系结构，为其制备为薄膜涂层提供了可行性基层。但需要注意的是，因为是金属和介质堆叠，虽然金属是薄层，还是有吸收的，堆叠次数越多，入射光的衰减程度越大，金属介质多层叠加的干涉效应就会越弱，为了最优的堆叠次数，确保结构色薄膜的亮度，n的取值范围是n＝0-5,对应的膜层总数从3层-13层，优选n＝0-3,总层数3-9层。
6、在本实施例中，所述介质层包括氧化物、氮化物、氟化物。
7、在上述技术方案中，结构中介质层可选用位于可见光波段全透明的介质薄膜材料，折射率取值范围为1.3-3.0之间，消光系数低于10-3,在可见光波段全透明，可以最大限度降低介质材料对光的吸收；折射率的取值和介质膜层厚度组合，实现对应光学厚度在可见光波段的最优干涉，综合考虑该类介质层的选择对于本专利金属介质多层堆叠可实现反射光束干涉叠加效应的最大化；同时选用介质材料具有硬度高，耐摩擦、耐辐照性能优越等特点，可用于制备性能稳定可靠的结构色薄膜，常用的氧化物、氮化物、氟化物等介质材料，如：tio2(二氧化钛)、ta2o5(氧化钽)、hfo2(氧化铪)、zro2(氧化锆)、nb2o5(五氧化二铌)、al2o3(三氧化二铝)、sio2(二氧化硅)、si3n4(氮化硅)、mgf2(氟化镁)、氟化铈(cef3)、氯化镧(laf3)、氟化钕(ndf3)、氟化钡(baf2)、氟化钙(caf2)、氟化锂(lif)等材料。通过介质层的材料和厚度可以设计出不同颜色的结构色薄膜。
8、在一些实施例中，所述介质层的厚度在20nm～300nm之间。
9、在上述就似乎方案中，根据膜系对称设计，介质层的厚度需要相同；介质层虽然都是透明材料，但是光在介质层中能够发生明显干涉效应，特别是对于可见光波段波长在400-760nm。按照最短400nm的四分之一波长光学厚度为100nm，对应高折射率膜层如2.7折射率，物理厚度为37nm。如果介质层厚度为250nm，对于氧化硅来说，光学厚度是375nm，位于可见光强干涉厚度区。所以在20-300nm的厚度区间，可以很好的满足可见光波段的强干涉效应，而本申请的结构色就是利用的这种强干涉效应来实现。
10、在一些实施例中，所述金属层为金属单质，或，合金。
11、在上述技术方案中，结构中的金属层采用常用的金属单质，如ag、ti、al、au、cu等，几种金属构成的合金也可。主要是利用薄金属层和介质膜层叠加，薄金属层具有一定的折射率和消光系数，在可见光波段可以实现吸收和反射并存，可以实现特性的增强反射。
12、在一些实施例中，所述金属层的厚度小于25nm。
13、在上述技术方案中，金属层的材料厚度需要小于25nm。因为金属材料的吸收系数都很大，如果金属层很厚，光在穿过金属层的时候就都被吸收掉了，就无法通过金属层到达下面的介质层。一般来说金属层的厚度如果超过30nm，对光的吸收就很大，这里考虑厚度小于25nm，主要是来确保金属介质多层叠加的时候，光可以通过金属薄层进入到介质层来实现多光束干涉效应。通过调节该层厚度可以改变金属层的吸收能力，从而对某些特殊需求波段进行光谱吸收，达到调节结构色颜色饱和度的作用。
14、在一些实施例中，所述结构色薄膜垂直入射的反射率为：
15、
16、式中，ng为基底的折射率，n1为交替堆叠的金属层和介质层的等效折射率。
17、在上述技术方案中，本实施例借鉴了金属单质吸收特性调节光谱吸收的优点，又除去了大量使用金属单质造成的生产成本昂贵等缺点，结合介质膜的干涉效应，利用对称膜系结构折射率和相位厚度的等效特性，可以通过计算机优化设计，通过改变介质层和金属层的材料种类和物理厚度达到所需要的折射率，从而展现出不同宽色域的结构色薄膜。当在折射率为ng的基片上镀上光学厚度为λ0/4的高折射率膜层后，由于空气/膜层和膜层/基片界面的反射光同位相，使反射率能够大大增加。对于中心波长λ0，单层膜和基片的等效组合的折射率为n12/ng，垂直入射的反射率为：
18、
19、通过提升需求颜色在可见光波段的反射率，降低非需求波段的反射率从而让整个膜系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属介质结构色薄膜，其特征在于，该结构色薄膜包括基底以及在基底上交替堆叠的金属层和介质层，该结构色薄膜从下至上顺序可通过如下表达式表征：
2.如权利要求1所述的一种金属介质结构色薄膜，其特征在于，
3.如权利要求1所述的一种金属介质结构色薄膜，其特征在于，
4.如权利要求1所述的一种金属介质结构色薄膜，其特征在于，
5.如权利要求1所述的一种金属介质结构色薄膜，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种金属介质结构色薄膜，其特征在于，该结构色薄膜包括基底以及在基底上交替堆叠的金属层和介质层，该结构色薄膜从下至上顺序可通过如下表达式表征：
2.如权利要求1所述的一种金属介质结构色薄膜，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李延凯，储著伟，吴强，李祎，卜轶坤，
申请(专利权)人：厦门闪蝶科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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