[發明專利]一種濕度可調的水凝膠多彩結構色制備方法

在審

• 申請號: 202110661698.1
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113504705A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 王丹丹;張雪峰;張鑒
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G03F7/16
• 分類號: G03F7/16;G03F7/20;G03F7/30;G03F7/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 何俊

本發明涉及納米結構色領域，針對現有的結構色制備方法操作復雜且不易調控的問題，提供一種濕度可調的水凝膠多彩結構色制備方法，包括以下步驟：a)在襯底上先沉積底層金屬層，再均勻旋涂聚乙烯醇溶液，形成中間層聚乙烯醇水凝膠層；b)對步驟a)的產物進行電子束曝光，水洗，被輻照的區域不被水溶解，形成納米結構；c)在步驟b)得到的納米結構上再沉積上層金屬層，得到由所述底層金屬層、中間層、上層金屬層組成的水凝膠納米結構，在濕度裝置的調控下產生不同的顏色響應。本發明利用電子束曝光形成高精度水凝膠納米結構，水凝膠在曝光后對濕度變化仍保持快速的吸水膨脹響應，從而通過調控濕度產生不同的顏色響應，達到動態顏色調節。

技術領域

本發明涉及納米結構色領域，尤其是涉及一種濕度可調的水凝膠多彩結構色制備方法。

背景技術

結構色由于電介質或金屬固有的高散射/吸收效率，可以產生比染料和顏料更加鮮艷、穩定的顏色。結構色依賴于入射光和結構設計之間的相互作用，通過在制造過程中改變結構的幾何形狀、尺寸或排列，可以用金屬或電介質產生鮮艷的顏色。動態結構色利用可設計和可調的幾何相關共振，在加密、信息安全、防偽和比色傳感等方面有著重要的應用。

經過對現有技術的檢索發現，現有的結構色制備方法眾多，但較多方法操作復雜，不易調控。如“Dynamic Color Displays Using Stepwise Cavity Resonators”中加氫/脫氫導致金屬鎂光學特性的轉變實現顏色的動態調節，“Fabry-Perot Cavity-TypeElectrochromic Supercapacitors with Exceptionally Versatile ColorTunability.Nano letters,2020,20(3).”通過電致變色實現顏色的動態調節，兩者操作都十分復雜，需嚴格控制變量，不可大批集成；“Two-dimensional Active Tuning of anAluminum Plasmonic Array for Full-Spectrum Response”以及“Dynamic PlasmonicColor Generation Based on Phase Transition of Vanadium Dioxide.AdvancedOptical Materials,2018,6(7)”無論是控制外部應力還是相變材料轉變都無法準確調控顏色變化。據此需要一種理想的解決方法。

發明內容

本發明為了克服現有的結構色制備方法操作復雜且不易調控的問題，提供一種濕度可調的水凝膠多彩結構色制備方法，基于聚乙烯醇負性抗蝕劑作為介電層，利用電子束曝光形成高精度水凝膠納米結構，水凝膠在曝光后對濕度變化仍保持快速的吸水膨脹響應，從而通過調控濕度產生不同的顏色響應，達到動態顏色調節。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種濕度可調的水凝膠多彩結構色制備方法，包括以下步驟：

a)在襯底上先沉積底層金屬層，再均勻旋涂聚乙烯醇溶液，形成中間層聚乙烯醇水凝膠層；

b)對步驟a)的產物進行電子束曝光，水洗，被輻照的區域不被水溶解，形成納米結構；

c)在步驟b)得到的納米結構上再沉積上層金屬層，得到由所述底層金屬層、中間層、上層金屬層組成的水凝膠納米結構，在濕度裝置的調控下產生不同的顏色響應。

電子束曝光技術是現代高精度納米加工技術的重要一類，通過施加聚焦在納米區域內的一定電子束輻照劑量，被曝光的高分子薄膜的分子鏈產生斷裂或者交聯，從而分子量發生變化，帶來溶解性的變化，通過相應溶劑的溶解，薄膜被輻照的區域會殘留或者溶解，從而形成可控、有序、人工設計的納米平面結構。溶解的步驟被稱為顯影。