发布时间：2019-11-26 10:41:55
通过“银纹”形成结构颜色
通过“银纹”形成结构颜色
该团队的研究来自于塑料制品生产中的一种常见现象，即所谓的“热”。当一块塑料或塑料薄膜被拉伸或弯曲时，在聚合物结构的应力“热点”周围会形成许多微小的裂纹、微腔和毛茸茸的结构网络，称为微纤维。这些微小的应力诱导缺陷散射出的光是塑料呈乳白色的原因。例如，由于反复弯曲，硬塑料板呈乳白色。
1.京都大学的easan sivaniah领导的研究小组认为，通过控制塑料薄膜中这些微观结构的生长和交联，终的显色效果可以与目前不透明的乳白色完全不同。实际上，研究人员可以根据与结构颜色原理相同的方法将目标区域设计成特定的颜色。结构色彩也存在于自然界中。例如蝴蝶的翅膀由于结构色彩现象而呈现出不同的色彩。然而，结构颜色不涉及墨水样颜料。取而代之的是，它的颜色来自纳米结构，可以干扰散射光，如蝴蝶翅膀上的鳞片，或应力挤压塑料板上的微小微纤维。
2.为了从这些想法中获得一个实用的无墨彩色印刷方案，sivaniah的团队开始深入研究应力诱导聚合物裂纹和微纤维结构的物理和化学机理。研究人员现在所知道的是，当塑料薄膜浸泡在醋酸等弱溶剂中时，这些酸会渗透到塑料中，这足以在保证聚合物薄膜基本结构完整的前提下，加速局部空穴和微纤维的形成。在硅片基片上旋涂聚苯乙烯薄膜的实验表明，由于上述因素的影响，薄膜的颜色会逐渐发生变化，形成逐层的微纤维结构，然后发生坍塌。
3.京都大学的研究人员对这一过程进行了深入分析，以充分了解这些影响的机制。他们使用扫描电子显微镜在不同的时间步拍下过程的快照，记录溶剂渗透到聚合物结构中时这些微观结构的变化。他们还利用光学传递矩阵和光谱学方法来分析和理解这些微观结构的纳米级变化如何导致结构颜色的变化。通过这些分析，他们发现结构颜色现象的关键机理是溶剂在塑料中产生交替致密层和多孔层的周期性结构，光学结果是驻波的形成，驻波的干扰可以产生不同的颜色。
4.接下来，研究小组从实际应用的角度研究了如何控制这些微结构单元，然后通过微结构对光驻波的干扰形成所需的颜色，使它们能够产生目标图像。研究人员在塑料薄膜周围使用了一排led，可以在薄膜中形成不断变化的应力场。”研究人员在研究报告中写道：“这些不同层的周期性是一种驻波现象，因此我们可以通过穿越不同波长的光来改变这些驻波的干涉波长。”
5.在将聚苯乙烯薄膜进行化学调整，使其在280nm到405nm的波长范围内进行光敏化后，研究人员将醋酸处理过的薄膜暴露在相同波长范围内的许多led上。研究小组证实，由上述光敏薄膜的光照引起的周期性相互作用可以在塑料内部形成应力场。
6.通过重构微纤维结构的几何结构，这些应力依次移动薄膜光谱中的bragg峰，产生不同的结构颜色，波长漂移随入射光波长的增加而增大。虽然目前的***辐照波长仅为405nm，但该技术可以用于形成理论上的400～700 nm的整个可见光范围。
7.研究小组认为，“利用光学原理产生的应力场在聚合物中形成有组织和可调谐的微观结构”的原理也可以得到更广泛的应用，例如***上的防伪图像和用于生物医学目的的可穿戴设备。
8.这项技术“使我们能够打印出一个多孔的塑料薄膜网络，用于气体和液体的传输，从而使整个塑料薄膜既透气又耐磨，”西瓦尼亚在其工作的新闻稿中说。因此，例如，在健康方面，我们可以把它集成到一个灵活的“流体电路板”。“流体电路板”可以放置在用户的皮肤或隐形眼镜上，这样重要的生物医学信息就可以传输到云端或直接传输到用户的医生。”