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奈米塗層展現豐富色彩變化

2012/10/31 | | 標籤:

美國研究人員研發出一種顏色可改變的光學鍍膜(optical coating)。這種厚度不到20 nm的薄膜只要厚度改變個數奈米,便能顯現不同顏色,因此可望應用在金屬表面作為塗色層。此特性除了能用來製作亮麗的珠寶外,在科技方面亦有諸多用途,像是超薄光偵測器與濾光器、顯示器、光調制器,甚至太陽電池等。

電介質光學塗層幾乎是所有光學元件不可或缺的成分,一般由數層透明無損耗的材料所構成,每層的厚度則至少為波長的1/4。上述由哈佛(Harvard)大學Federico Capasso研究團隊所提出的超薄光學塗層則大不相同,他們採用了奈米級厚度且幾近不透明的高吸光電介質材料如半導體。

在該研究中,他們在金樣品表面鍍上7 nm的鍺薄膜能將顏色由金色轉變為粉紅色,多加4 nm則變為紫色,再加上4 nm則呈現深藍色,而4 nm還不及15個原子的厚度。Capasso解釋這種效果類似雨天路面浮油層會展現不同色彩,這是因為在油面反射與水面反射的光線會產生干涉。建設性與破壞性干涉分別導致光線的增強以及消弱。在此實驗中,吸光的鍺塗層取代油膜的角色,但令人驚訝的是僅需改變數個原子的厚度便足以產生豐富的顏色改變。

研究人員藉由改變薄膜厚度以調整干涉條件,因此能控制薄膜反射和吸收的特定波長,最後導致塗層顏色的變化。研究人員也將此鍺塗層覆蓋於銀的表面,發現在特定厚度下會呈現黃金色澤,亦可表現出蠟筆般的柔和色彩。

團隊成員Mikhail Kats表示,他們計畫持續探索此技術的藝術層面,像是產生炫亮顏色以及彩虹光輝等。此外,他們也打算開發其潛在科技應用,譬如光偵測器、濾光器、顯示器、光調制器及太陽電池。該團隊已為此鍍膜製程申請專利,包含標準微影術以及物理氣相沉積法(PVD)。他們目前正尋求將此技術商業化。詳見Nature Materials|doi:10.1038/nmat3443。

資料來源:Nanolayer makes a coating of many colours. NanoTechWeb [Oct 18, 2012]

譯者:丁逸勳(台灣海洋大學材料工程研究所)
責任編輯:劉家銘

轉載自 奈米科學網

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