[实用新型]一种实时颜色动态调控微器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种实时颜色动态调控微器件。 

背景技术

为了突破彩色颜料的应用局限，无颜料的色彩调控技术受到了人们的广泛关注，近几年来飞速发展，原理也多种多样。随着微结构，特别是微纳米有序阵列材料的制备工艺日趋成熟，加之其在光学、电学、磁学和力学等方面所展现的独特功能，利用微结构实现色彩调控已成为无颜料色彩调控技术的主流方案。目前，利用微结构实现色彩调控的研究有很多，但在非溶液情况下，由于微结构阵列尺寸不可变，一种尺寸的微结构阵列只能对应一种特定的颜色，要实现多种颜色，必须重复不同尺寸的微结构的加工。这不仅增加了色彩实现的复杂程度，更大大限制了应用领域的范围。锆钛酸铅（PZT）是一种性能优良的压电材料，具有较好的铁电、压电、热释电、声光性能，被广泛应用于非挥发性铁电存储器、微传感器、微执行器、微压电超声成像换能器等方面。作为微传感器或微执行器，PZT压电薄膜材料以逆压电效应为驱动力，被广泛使用在其明显的优势就在于它的高输出能量密度，即在驱动电压不是很高时，就可以得到较大的功率输出。但对于纳米级尺寸来说，PZT的形变量微乎其微，直接使用锆钛酸铅材料制备微结构意义并不大。

为此，将微纳米结构阵列制备技术和压电材料薄膜制备技术结合起来，在具有较高深宽比的微结构阵列中填充一定厚度的压电材料薄膜。由预期的一种或是几种调控颜色在色品图上所对应的波长，根据模拟结构，分别计算得到与颜色相对应的所需的光程差，进而确定压电薄膜的上表面和微结构上表面之间的距离，通过控制电压薄膜两端电极之间的外部电压，精确调节压电薄膜的伸长量，实现微结构阵列在尺寸上的实时变换，从而完成色彩的动态调控。该技术方法新颖，颜色调控操作性强，有望在不断发展的信息时代，成为制备信息显示和光传输中光学及光电元件的又一新的途径。为我国国民经济和社会发展、科学技术及国防等领域做出贡献。

发明内容

本实用新型的目的是填补现有技术的空缺，提供一种实时颜色动态调控微器件。 

实时颜色动态调控微器件包括钛基片、铂层、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微结构阵列、锆钛酸铅薄膜层、铬纳米层、正电极、负电极、控制电源；钛基片上溅射铂层；铂层上用同步辐射光源制备聚甲基丙烯酸甲酯微结构阵列；在聚甲基丙烯酸甲酯微结构阵列内磁控溅射锆钛酸铅薄膜层；在聚甲基丙烯酸甲酯微结构阵列和锆钛酸铅薄膜层的上面溅射铬纳米层；正电极和负电极分别从铬纳米层和铂层中引出并和控制电源相连；随着控制电源输出的电压变化，锆钛酸铅薄膜层的厚度改变，从聚甲基丙烯酸甲酯微结构阵列上表面和锆钛酸铅薄膜层上表面出来的两束光的光程差发生变化，从而引起颜色的改变。

本实用新型结合了同步辐射微结构阵列加工技术和压电材料薄膜制备技术，其优点在于通过巧妙的结构设计，利用压电薄膜材料的逆压电效应，不再通过控制加工过程中工艺本身的参数，而是转为改变加工后的外部电压，实现了微结构阵列在深度方向上的实时控制，突破了传统微结构阵列深度方向尺寸固定的限制，结合布拉格反射和Maxwell-Garnett理论，提出了系统完整的无颜料的颜色调控方案，实现了多种色彩的实时动态调控。该方法有望成为制备信息显示和光传输中光学及光电元件的又一新的途径，并在激光器、集成光路、光通信、光学互连、光计算、光学信息处理等相关仪器中的微器件加工中发挥重大作用。

附图说明

图1可实时动态调控颜色的微器件结构图； 

图2采用同步辐射微结构阵列制备技术和压电材料薄膜加工技术制备微器件的流程图；

图3实时动态调控颜色方法说明图;

图中：钛基片1、铂层2、PMMA微结构阵列3、锆钛酸铅薄膜层4、铬纳米层5、正电极6、负电极7、控制电源8。

具体实施方式

本实用新型结合了微结构阵列加工技术和压电材料薄膜制备技术，制备了一个可通过改变外部控制电压实时调节深度方向尺寸的二维微结构阵列器件，同时根据预期的调控色在色品图上对应的波长，结合逆压电效应、布拉格反射理论和Maxwell-Garnett理论，通过计算，将预期的某种或多种调控色与所需外部电压相互对应起来，从而通过改变外加电压，实现颜色的实时动态控制。