[發(fā)明專利]一種三維超構(gòu)材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710055815.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN106842376B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王牧;彭茹雯;熊翔;王政翰;高雅君;郝西萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B1/00
• 分類號(hào): G02B1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明公開一種三維超構(gòu)材料，具有多個(gè)周期性分布的U形結(jié)構(gòu)，每個(gè)U形結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)圖像中的一個(gè)像素點(diǎn)，所有U形結(jié)構(gòu)共同組成所需圖像；U形結(jié)構(gòu)由兩臂及連接兩臂的底部構(gòu)成，兩臂與Z軸同向且相鄰U形結(jié)構(gòu)的臂相互獨(dú)立不接觸，底部與X軸的夾角為θ，0°≤θ≤90°；進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開這種三維超構(gòu)材料的制備方法，以及基于這種三維超構(gòu)材料的灰度編碼和顯示方法及二值編碼和顯示方法。通過設(shè)計(jì)特定的金屬結(jié)構(gòu)單元引入額外自由度調(diào)控電磁波的物理性質(zhì)，可以使超構(gòu)材料對(duì)不同頻率的電磁波實(shí)現(xiàn)選擇性吸收，對(duì)不同偏振態(tài)的電磁波實(shí)現(xiàn)全吸收、部分吸收或全反射，由此可在編碼與成像技術(shù)中有著重要應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電信息功能器件與新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于U形結(jié)構(gòu)且可用于灰度編碼和顯示以及二值編碼和顯示的三維超構(gòu)材料。

背景技術(shù)

二值顯示與編碼在通訊、計(jì)算等方面有著重大應(yīng)用。過去利用人工微結(jié)構(gòu)和超構(gòu)材料設(shè)計(jì)的二值顯示與編碼材料，都是基于二維結(jié)構(gòu)超構(gòu)表面來實(shí)現(xiàn)的，而由于其可編碼自由度少，靈活程度受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明公開一種基于U形結(jié)構(gòu)的新型三維超構(gòu)材料，相較于傳統(tǒng)的超構(gòu)表面，通過設(shè)計(jì)特定的金屬結(jié)構(gòu)單元引入額外自由度調(diào)控電磁波的物理性質(zhì)，可以使超構(gòu)材料對(duì)不同頻率的電磁波實(shí)現(xiàn)選擇性吸收，對(duì)不同偏振態(tài)的電磁波實(shí)現(xiàn)全吸收、部分吸收或全反射；并且由于該性質(zhì)，本發(fā)明所公開的三維結(jié)構(gòu)可在編碼與成像技術(shù)中有重要應(yīng)用。

本發(fā)明公開一種三維超構(gòu)材料，具有多個(gè)周期性分布的U形結(jié)構(gòu)；U形結(jié)構(gòu)由兩臂及連接兩臂的底部構(gòu)成，兩臂與Z軸同向且相鄰U形結(jié)構(gòu)的臂相互獨(dú)立不接觸，底部與X軸的夾角為θ，0^°≤θ≤90^°；每個(gè)U形結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)圖像中一個(gè)像素點(diǎn)，所有U形結(jié)構(gòu)共同組成所需圖像。

進(jìn)一步的，各U形結(jié)構(gòu)的整體高度一致，與X軸的夾角為θ，不同θ角度對(duì)應(yīng)的U形結(jié)構(gòu)對(duì)同一偏振方向的入射光吸收的強(qiáng)弱程度不同，對(duì)應(yīng)一種灰度顯示。

進(jìn)一步的，U形結(jié)構(gòu)的周期4±0.5微米；

進(jìn)一步的，所述U形結(jié)構(gòu)的高度為1.5～2.3微米。

進(jìn)一步的，U形結(jié)構(gòu)的底部的高度為0.7±0.1微米，底部的長(zhǎng)為2±0.2微米，線寬為0.3±0.05微米。

進(jìn)一步的，三維超構(gòu)材料的厚度為40±5納米。

本發(fā)明還公開一種三維超構(gòu)材料的制備方法，包括如下步驟：

在涂有光刻膠的介質(zhì)襯底上利用顯影液進(jìn)行顯影后呈現(xiàn)多個(gè)周期性分布的U形結(jié)構(gòu)支撐模型；再在U形結(jié)構(gòu)支撐模型和襯底表面鍍一層厚度均勻的金屬薄膜，從而制備出上述三維超構(gòu)材料；金屬薄膜采用銀膜、金膜或合金膜。

本發(fā)明還公開一種灰度編碼與顯示的方法，其特征在于：基于上述三維超構(gòu)材料，通過對(duì)圖像中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U形結(jié)構(gòu)底部與X軸的夾角θ的不同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)圖像黑白灰色彩顯示；通過改變像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U形結(jié)構(gòu)的高度實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率入射光的選擇性吸收。

本發(fā)明還公開一種二值編碼與顯示的方法，其特征在于：上述三維超構(gòu)材料，底部與X軸的夾角θ取0°或90°，通過改變?nèi)肷涔獾钠穹较騺盹@示不同二值圖像；通過改變像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U形結(jié)構(gòu)的高度實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率入射光的選擇性吸收。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)相較于傳統(tǒng)的超構(gòu)表面，本發(fā)明所公開的三維超構(gòu)材料通過周期性分布的特定U形結(jié)構(gòu)引入了額外自由度以靈活地調(diào)控電磁波的物理性質(zhì)，大大提高了編碼的自由度，使其在編碼與成像技術(shù)中能有更重要的應(yīng)用。

(2)通過設(shè)計(jì)特定的U形結(jié)構(gòu)單元，可以使超構(gòu)材料對(duì)不同偏振態(tài)的電磁波實(shí)現(xiàn)全吸收、部分吸收或全反射，該特點(diǎn)是常規(guī)材料很難達(dá)到的。