激光打印超分辨率等离激元结构色图案及颜色调控方法研究

It is of great scientific significance to construct a plasmonic structural color with a special color effect and super resolution based on the micro nano structure. However, it is still facing the problems of imperfect mechanism, poor color quality and rapid preparation. In order to solve the above problems, this study adopts the plasmonic nanostructures, shows a method of colour printing on nanoimprinted plasmonic metasurfaces using laser post-writing. Based on the super structure photonic crystal color mathematical model and complex thermodynamic phase transition model, the structure design, experimental preparation and performance test of color spectrum is studied. Through the study of the color generation principle of the disk/bowl plasmonic metasurfaces as well as several factors affecting color tuning is promulgated. A kind of micro nano structure with different color changing effect and super resolution is presented. The color properties of the spectra is evaluated by the combination of the micro region and the macroscopic angle resolved spectra, which has an extraordinary scientific meaning with expecting to have a potential of being widely applied in the fields of anticounterfeiting printing and ultra high resolution display.

基于微纳结构构建具有高分辨率及特殊呈色效果的表面等离激元结构色的研究具有重要科学意义，但目前面临机理研究不完善、呈色质量不高以及难以实现快速制备等问题。针对上述问题，本研究以等离激元超表面结构为衬底，采用激光后处理的方式实现超高分辨率、窄带隙、高亮度的颜色显示。项目研究以表面等离激元结构色呈色数理模型以及混合热力学相变模型为基础，围绕如何实现高分辨率的色彩调控问题，从结构设计、颜色调控和光谱性能检测方面展开研究。探索金属薄纳米盘/碗状结构的呈色机理，采用窄脉宽激光器诱导产生瞬态局域热量，使金属纳米结构熔化产生形变，实现不同形变程度的等离激元振荡引起不同的超高分辨率颜色表现；提出一种有效的结构色颜色调控方法，进而进行加工制备并测试其光谱呈色性能，并对其颜色特性进行评价，为其在防伪、绿色印刷及超高分辨率显示领域得到有效应用奠定理论与实践基础。

基于微纳结构构建具有高分辨率及特殊呈色效果的表面等离激元结构色的研究具有重要科学意义。近年来随着微纳加工技术和表征手段的长足发展，利用人工制造的金属微纳结构成为了产生结构色的主要方法。课题的研究完成了利用激光后处理的方式，通过改变周期性结构表面形变程度，从而实现结构色样品的图案化调控制备。以不同周期的六边形孔状版作为模板，利用PDMS复制其反结构，在其上采用磁控溅射方式制备不同厚度的金属薄层，利用532nm激光光源进行处理，通过控制扫描速度、扫描次数等参数，实现微纳结构不同程度的形变，从而进行颜色调控；利用不同粒径的聚苯乙烯微球制备二维有序结构模板，在其上镀制金属薄层后使用激光后处理的方式实现对结构色彩的图案化精确调控，实现了高饱和度、随角异色的结构色图案。课题研究在微光学、绿色印刷、光学防伪等领域有广泛的应用前景。