基于表面等离激元效应的纳米金属阵列结构色研究

论文摘要

表面等离激元结构色是由于金属纳米结构与光的相互作用产生的颜色,通过对不同波长光的吸收,可以反射或透射不同的颜色。表面等离激元结构色取决于自身的微纳结构,而与材料本身颜色无关,在高分辨率显示以及数据加密等方面具备重大潜力。结构色可分为反射式结构色和透射式结构色,以下是本文的具体研究内容:提出并设计了一种金属纳米环形腔表面等离激元反射式颜色结构,其由金属膜上的纳米同轴腔组成,通过对结构参数的变化可以实现全色域的颜色显示。使用时域有限差分（FDTD）算法模拟不同参数结构的反射光谱并反演计算出所显示的结构颜色,根据模拟的电场强度分布和电荷分布研究分析,反射光谱的下降是由表面等离激元波的法布里-珀罗干涉引起的,也称为圆柱形表面等离激元。在该结构上显示的结构色在很大程度上取决于单个同轴腔的几何参数,而和整个结构的周期关系不明显。通过调整环形腔结构的半径,环形腔的宽度和位置以及环形腔的高度,可以获得全色域的显示。由于不依赖于周期和入射光倾角,该结构在单像素显示有明显的优势,显示的结构色饱和度好,色度鲜艳。提出并设计了一种环形狭缝表面等离激元透射式颜色结构,对环形腔结构背面的刻蚀,将环形腔结构制成环形狭缝式的透射式结构,通过改变环形狭缝刻蚀的厚度可以显示全色域的透射颜色。使用时域有限差分（FDTD）算法模拟不同刻蚀厚度结构的透射光谱并反演计算出所显示的结构颜色,根据模拟的电场强度分布研究分析,环形狭缝中强的电场增强依赖于银与空气激发的表面等离激元和环形狭缝缺口处银之间的相互作用。环形狭缝透射式结构色取决于刻蚀的厚度,通过改变刻蚀厚度可以显示不同的透射式结构色。由于结构尺寸小,厚度薄,为今后的透射式结构色的发展起到了重要的作用。实验制备了环形腔反射式颜色结构,运用自组装PS微球以及反应离子刻蚀和磁控溅射镀膜方法制得PS微球银膜环形腔反射式结构。通过时域有限差分算法模拟了实验制备环形腔与理想环形腔结构色显示的一致性。对实验样品进行表征和测试,通过控制环形腔银膜厚度不同的,制得的样品呈现不同的结构色。由于单个结构的尺寸可以制造在690纳米左右,这为未来的高分辨率彩色成像和数据存储加密提供了新的方法。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘超

导师: 周俊萍,毕纪军

关键词: 表面等离激元结构色,环形腔结构,时域有限差分,自组装微球

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 南京信息工程大学

分类号: O437;TB383.1

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000346

总页数: 64

文件大小: 3468K

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