一種微型動態調色裝置的製作方法

2024-03-31 19:38:05

本發明涉及一種微型動態調色裝置。

背景技術：

新型光電元器件的微型化、小型化已經成為一種趨勢，在特定領域展現出了非常重要的應用前景，其對實現高性能高解析度的輕薄可攜式光電器件系統至關重要。

其中，濾色裝置是很多光電功能器件中非常重要的一個部件，對其實現微型化、小型化同樣具有非常重要的實際應用價值。

雖然人們可以通過複雜的微加工工藝來進行微型化濾色功能部件的製造，具體步驟通常包括光刻膠塗覆、曝光、顯影和硬化工藝，但是基於微加工工藝會造成汙染以及工藝流程的複雜高成本；此外，製備的濾色功能部件所能產生的顏色是確定的，不會隨著不同需求而發生改變。

技術實現要素：

發明目的：針對上述現有技術，基於表面等離子體技術，提出一種微型動態調色裝置。

技術方案：一種微型動態調色裝置，包括一個具有電潤溼功能的微型圓柱形腔體，以及在所述微型圓柱形腔體內的油相流體、水相流體，以及位於油水兩相流體界面的單一金屬納米顆粒；所述金屬納米顆粒通過利用表面等離子現象選擇性透射特定波長的光來輸出所對應的顏色；同時通過調整電潤溼功能所施加電壓的大小，對所述金屬納米顆粒周圍兩相流體介質材料分布形態進行可回復的動態調整，實現所輸出顏色的相應調整。

進一步的，所述具有電潤溼功能的微型圓柱形腔體的內側壁以及底部分別設置有獨立電極，所述內側壁的獨立電極表面覆蓋有疏水介質層。

進一步的，所述微型圓柱形腔體內側壁的所述獨立電極為環形電極，所述油相流體和水相流體形成的油水兩相界面的邊緣與所述疏水介質層始終保持接觸。

進一步的，所述疏水介質層由單層疏水材料構成或由介質材料表面覆蓋疏水材料構成。

進一步的，所述單一金屬納米顆粒通過表面親水、疏水功能團的修飾，於所述油水兩相界面處穩定分布。

進一步的，通過對所述單一金屬納米顆粒種類、形狀、粒徑進行選擇來改變其對初始透射波長產生影響，來實現不同的初始顏色。

進一步的，所述金屬納米顆粒由導電材料形成，所述導電材料包括鋁，金，銀，鋅，鉬，鉑，鎳，鈀，鐵，銅，鉻，碳納米管，摻雜半導體器件，導電塑料，富勒烯，以及導電複合材料，或其混合物中的至少一種。

有益效果：本發明的一種微型動態調色裝置，能夠通過電潤溼原理調整水相流體在側壁表面的浸潤特性，從而實現對油水兩相界面曲率的快速、可回復調整。此外，金屬納米顆粒可通過利用表面等離子體選擇性透射特定波長的光來輸出所希望的顏色。由於透射波長受到金屬納米顆粒周圍兩相流體介質材料分布形態的影響，因此可以通過電潤溼原理，對金屬納米顆粒周圍兩相流體介質材料分布形態進行快速、可回復的動態調整，實現濾色光波在寬光譜範圍內快速、可回復調整。

附圖說明

圖1為本發明微型動態調色裝置在初始狀態下，油水界面形狀呈現凸形界面時器件剖面示意圖；

圖2為本發明微型動態調色裝置在電潤溼電壓作用下，油水界面形狀呈現凹形界面時器件剖面示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。

如圖1、2所示，一種微型動態調色裝置，包括了一個具有電潤溼功能的圓柱形腔體10，圓柱形腔體10的直徑為200納米至20微米之間，以及在該圓柱形腔體10內的油相流體20、水相流體30，以及均勻分布於油水兩相流體界面的單一金屬納米顆粒40。油相流體20為任意非水溶性的非極性流體；水相流體30為任意非油溶性的極性流體。單一金屬納米顆粒40通過利用表面等離子體選擇性透射特定波長的光來輸出所希望的特定顏色。同時通過調整電潤溼功能所施加電壓的大小，對單一金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質材料分布形態進行快速、可回復的動態調整，從而實現所輸出顏色的相應調整。

具體的，圓柱形腔體10的內側壁11以及底部12分別設置有獨立電極13和獨立電極14，圓柱形腔體內側壁的電極為環形電極。該環形電極表面覆蓋有一層疏水介質層15，該疏水介質層15由單層疏水材料構成或者由介質材料表面覆蓋疏水材料構成。在對電機施加調整電壓的過程中，環形電極以及疏水介質層的尺寸需確保油相流體和水相流體形成的油水兩相界面的邊緣與疏水介質層15始終保持接觸。底部的獨立電極13可以為任意形狀，優選為設置在底部12中央位置。其中，疏水介質層15的疏水材料包括含氟聚合物，例如特氟龍；而介質材料包括二氧化矽，氮化矽，聚二甲基矽氧烷PDMS，SU-8等各類有機或者無機材料薄膜。

單一金屬納米顆粒40由導電材料形成，導電材料包括鋁Al，金Au，銀Ag，鋅Zn，鉬Mo，鉑Pt，鎳Ni，鈀Pd，鐵Fe，銅Cu，鉻Cr，碳納米管，摻雜半導體器件，導電塑料，富勒烯，以及導電複合材料，或其混合物中的至少一種。單一金屬納米顆粒可通過表面親水、疏水功能團的修飾，於油水兩相流體界面處穩定分布，即相對油水兩相流體界面的位置是穩定的。

通過在獨立電極13和獨立電極14之間施加電壓，在電潤溼效應作用下，水相流體30在疏水介質層15表面的接觸角會發生減小，並且接觸角的減小幅度與所施加的電壓值成正相關。如圖1所示，在未施加電壓時，水相流體30在疏水介質層15表面的接觸角接近180°，油水兩相流體界面的形狀呈現凸形界面；隨著電壓的增加，接觸角逐步減小至遠小於90°，油水兩相流體界面的形狀發生了從凸形到凹形的連續變化，如圖2所示；即在電壓增加的過程中，單一金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質材料分布形態發生了巨大變化。而當金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質材料分布形態發生變化時，通過表面等離子體透射的波長也會發生相應的變化，從而實現濾色光波在寬光譜範圍內的調整。

我們可以通過選擇油相流體20、水相流體30、以及金屬納米顆粒40的種類等參數，在金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質材料分布形態發生儘可能大的變化的基礎上，實現寬光譜的調節。與此同時，由於電潤溼效應是純電驅動，且流體形變反應速度很快，可以實現每秒50次以上的調節，在此過程中油水界面形狀在電潤溼效應作用下可發生從凸形界面到凹形界面之間的連續可回復變化，因此具備實現動態調節濾色波長的功能，適用於視頻彩色顯示應用。此外，單一金屬納米顆粒種類、形狀、粒徑的改變都會對初始透射波長產生影響，從而可以通過選擇不同的金屬納米顆粒來實現不同的初始顏色。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。