[發(fā)明專利]用于多頻率二值顯示和編碼的三維超構材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106842375B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 王牧;彭茹雯;熊翔;王政翰;高雅君;郝西萍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G09F9/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明公開一種用于多頻率的二值顯示和編碼的三維超構材料，具有多個周期性分布的像素點結構單元，每個像素點結構單元包括至少兩個U形結構；像素點結構單元中的U形結構根據編碼需要成不同的排布，且相鄰U形結構的臂相互獨立不接觸；U形結構由兩臂及連接兩臂的底部構成，兩臂與Z軸同向，底部與X軸或Y軸同向，且沿Z軸方向的高度至少有兩種。還公開了基于該三維超構材料的制備方法和二值顯示與編碼方法。實現通過改變像素點結構單元中的U形結構的高度和底部取向，在不同頻率不同偏振實現對入射電磁波的選擇性吸收，制備多頻率的二值成像點。

技術領域

本發(fā)明屬于光電信息功能器件與材料制備技術領域，具體涉及一種用于多頻率的二值顯示和編碼的結構及制備方法。

背景技術

二值顯示與編碼在通訊、計算等方面有著重大應用。過去利用人工微結構和超構材料設計的二值顯示與編碼材料，都是基于二維結構來實現的，而由于其可編碼自由度少，靈活程度受到限制，故需要一種新的三維結構設計來增加維度，增加可編碼自由度，從而使得功能更加集成。

發(fā)明內容

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種新型的三維超構材料及其制備方法，以及采用該三維超構材料的二值顯示與編碼器件及方法，通過維度的增加，可編碼自由度增加，使得功能更加集成。

可以在不同頻率不同偏振實現對入射電磁波的選擇性吸收，從而實現多頻率的二值成像。

本發(fā)明公開一種用于二值顯示和編碼的三維超構材料，具有多個周期性分布的像素點結構單元，每個像素點結構單元包括至少兩個U形結構；像素點結構單元中的U形結構根據編碼需要成不同的排布，且相鄰U形結構的臂相互獨立不接觸；U形結構由兩臂及連接兩臂的底部構成，其中，兩臂與Z軸同向，底部與X軸或Y軸同向，且沿Z軸方向的高度至少有兩種；周期是指的相鄰像素點結構單元之間的距離。

進一步的，每個U形結構代表一種圖像的一個像素點，各像素點結構單元中相應位置的像素點共同組成該圖像；其中，所述像素點結構單元中的至少兩個U形結構的底部均與X軸或Y軸同向，且各U形結構的高度不同；或者至少一個U形結構的底部與X軸同向，且與X軸或Y軸同向的各U形結構的高度不同。

進一步的，周期為4±0.5微米；所述U形結構的整體高度在1.5-2.3微米之間，底部的高度為0.7±0.1微米，底部的長度2±0.2微米。

進一步的，U形結構的線寬為0.3±0.05微米。

進一步的，三維超構材料的厚度為40±5納米。

本發(fā)明還公開一種基于微納結構的二值顯示與編碼的三維超構材料的制備方法，其步驟包括：在涂有光刻膠的介質襯底上利用顯影液進行顯影后呈現多個周期性分布的像素點結構單元支撐模型；再在像素點結構單元支撐模型和襯底表面鍍一層均勻覆蓋的金屬薄膜，從而制備出具有上述公開特點的用于二值顯示與編碼的三維超構材料。

進一步的，金屬薄膜是銀膜、金膜或合金膜。

進一步的，金屬薄膜，即三維超構材料的厚度為40±5納米。

基于具有上述公開特點的用于二值顯示與編碼的三維超構材料，本發(fā)明還公開一種二值顯示與編碼方法，通過改變像素點結構單元中U形結構的高度實現對不同頻率入射光的選擇性吸收，通過改變像素點結構單元中U形結構的底部的X軸或Y軸取向實現在不同偏振對入射光的選擇性吸收。

進一步的，通過改變像素點結構單元的周期和像素點結構單元中U形結構的尺寸可以調整可吸收的入射光的頻率范圍。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過本發(fā)明所公開的三維超構材料，具有像素點結構單元陣列構造的連續(xù)金屬表面，通過改變像素點結構單元中的U形結構的高度和底部取向，在不同頻率不同偏振實現對入射電磁波的選擇性吸收，從而制備多頻率的二值成像點。