[发明专利]一种基于电场操控下低角度依赖性实时变色薄膜

说明书

本发明涉及一种基于电场操控下低角度依赖性变色薄膜，属于变色材料领域。本发明主要通过改变介电常数(折射率)的方法来实现变色，通过凹凸不平、不规则的表面来实现多重衍射和散射，使得薄膜反射的光具有低角度依赖性，从而既能实时变色又能大幅降低色彩的角度依赖性。观测视角为0度到30度时，反射峰移动在10nm内，薄膜反射的颜色几乎无变化；并且可以实时变色；本发明可以用在隐身方面，因为探测是远距离的，即目标物与探测设备有相当的距离，探测设备在这种情况下视场较小，即探测也是小角度范围的探测。如果在一个小角度范围(0度到30度)内实现与角度无关的颜色，就可以实现伪装隐身。

技术领域

本发明涉及一种基于电场操控下低角度依赖性变色薄膜，属于变色材料领域。

背景技术

由于变色材料在军事和民用方面的应用需求，变色技术成为目前科学研究的 一个热门话题。科学家将自然界的颜色类型分为两类，一类是化学色，一类是结 构色。化学色用化学着色剂和通过颜料色素达到着色目的。这种方法可能引起资 源破坏和环境污染等问题。相比色素色，结构色具有耐腐蚀、无环境污染且永不 褪色等优点。结构色具有结构敏感性。结构敏感性是指对于不同的结构参数和材 料参数，它会呈现不同的颜色。因此可以通过改变微纳结构的结构参数或材料参 数来实现变色。比如改变微纳结构的几何尺寸、改变折射率比值或者改变材料填 充比等。关于结构色，目前的研究大多是围绕光子晶体展开的。光子晶体是由具 有不同介电常数的材料周期性排布而成。但是光子晶体产生的结构色有一个无法 避免的缺陷，也就是虹彩效应。即光子晶体产生的颜色与观察角度有关。通过布 拉格衍射定律和斯涅尔定律，可以推得光子晶体的布拉格定律，如式(1)所示

其中λ_max是反射峰波长，d是周期结构尺寸，θ是入射光线与法线夹角，n_eff是光 子晶体的有效折射率。

通过光子晶体的布拉格公式，可以看出光子晶体反射峰所在位置λ_max与入射 角θ之间的关系。因为在很多变色的应用场合，需要观察到的色彩与入射角θ 无关。为了克服有关这一难题，目前提出了两种方法：第一种是短程有序，短 程有序的微结构在各个方向光被均匀散射，因而呈现出非虹彩效应，即低角度 依赖性。张欣在[Brilliant structurallycolored films with invariable stop-band and enhanced mechanical robustnessinspired by the cobbled road]中使用短程有序的 SiO₂颗粒实现了与角度无关的结构色。并且该团队是通过改变SiO₂颗粒半径 来实现变色，这种方法在微结构制备之后，它的颜色就已经确定，因而不能实 时变色。第二种方法是制造椭球，或者凹球。周金明在专利[一种形貌可控且色 彩无角度依赖性的光子晶体微粒及其制备方法]中提出通过将光子晶体微粒制成 椭球或者凹球形来实现与入射角度无关的颜色。该方法也不能实现实时变色。在目前光子晶体结构色变色材料的研究中，几乎没有研究团队考虑解决角度依 赖性问题，在解决光子晶体角度依赖性的研究中，大部分研究团队只是产生低 角度依赖性的结构色，并没有去实现实时变色的功能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于电场操控下低角度依赖性实时变色薄膜。 观测视角为0度到30度时，反射峰移动在10nm内，薄膜反射的颜色几乎无变 化；并且可以实时变色；本发明可以用在隐身方面，因为探测是远距离的，即目 标物与探测设备有相当的距离，探测设备在这种情况下视场较小，即探测也是小 角度范围的探测。如果在一个小角度范围(0度到30度)内实现与角度无关的 颜色，就可以实现伪装隐身。

本发明主要通过改变介电常数(折射率)的方法来实现变色，通过凹凸不平、 不规则的表面来实现多重衍射和散射，使得薄膜反射的光具有低角度依赖性，从 而既能实时变色又能大幅降低色彩的角度依赖性。