用于结构性着色的纳米结构的制作方法_4

文档序号:9932556阅读:来源:国知局
091]图7示出了反黏结模式711的较低共振波长与黏结模式712的较高共振波长随着纵向尺寸变得大于60nm而接近并合并。其他模拟结果示出了两个共振频率在纵向尺寸变得接近80nm时合并。
[0092]总之,纵向尺寸111的低值导致大接合以及大能量分割,而纵向尺寸111的较大值导致较低接合和少量能量分割。随着纵向尺寸111变得大于60-70nm,接合变得脆弱并且岛状物103与孔的混合模式合并,以使得系统再次表现得更像分离的岛状物和孔。相应地,该结果建议了纵向尺寸111应在30与80nm之间,可能地在30与60nm之间。
[0093]在本发明实施方式中,黏结模式712利用于在光谱中实现深的可调谐吸收下沉,并因此也利用于亮着色的产生。通过对例如具有低光谱的图3A(参见下面的描述)进行比较,可见图3A中的吸收下沉以及图3B至图3F中的吸收下沉因金属岛状物103与金属层104中的孔之间的接合而由黏结模式引起。
[0094]由此,金属层104可在入射光的吸收上具有放大效果和有效改善效果。金属层104还可改善坐落于吸收下沉外侧的光的光谱分的反射。
[0095]相应地,参数、高度111、金属层高度114、横截面宽度112和间隔113、123中的一个或多个可被改变以获得一定光谱范围的吸收。
[0096]图3A至图3F示出了纳米结构化的表面的400-750纳米范围内的波长与模拟反射率的函数。对于图3A至图3F中的所有模拟,间隔113、123为200纳米,金属层高度114和115为20纳米,金属层的材料为铝,保护层120的折射率为1.50,并且基板的折射率为1.52。如每个图表的标签所示,横截面宽度112在图3A至图3F中的每个视图中变化自50至110纳米。高度111在图3A至图3F上变化为图3A示出了对于高度111 = 30纳米的结果,图3B示出了对于高度111=40纳米的结果,图3C示出了对于高度111 = 50纳米的结果,图3D示出了对于高度111 = 60纳米的结果,图3E示出了高度111 = 70纳米的结果,并且图3F示出了对于高度111 = 80纳米的结果。
[0097]虽然图3A至图3F仅示出了对于50_1 1nm区间的宽度112的结果,但是预期的到的是高达150nm的宽度也可提供可用结果。
[0098]图3A至图3F示出了能够通过使纳米结构化的表面配置有纳米结构102的不同直径而获得不同光谱范围中的吸收。
[0099]图3A示出了第一着色可通过具有宽度为50纳米的纳米结构的纳米结构化的表面来生成,第二着色可通过具有宽度为70纳米的纳米结构的纳米结构化的表面来生成,第三着色可通过具有宽度为90纳米的纳米结构的纳米结构化的表面来生成,并且第四着色可通过具有宽度为110纳米的纳米结构的纳米结构化的表面生成。
[0100]与图3A至图3D中的反射率曲线相比,图3E至图3F中的反射率曲线示出了纳米结构102的宽度中的变化在不同的光谱范围中的吸收中生成显著小的变化。由此,图3E至图3F中的纳米结构化的表面不太适合于生成不同的着色。
[0101]由此,图3A至图3F和图7示出了具有结构特征102的纵向尺寸111(高度或深度)处于30至80纳米的范围内的招表面103的纳米结构可能适合于生成结构性着色,但是30至60纳米的范围中的纵向尺寸可能特别适合于生成结构性着色。
[0102]有利地,30至80纳米中的相对短的纵向尺寸可比较高或较深的纳米结构102更坚实(例如,不易破碎)。相对短的纵向尺寸的进一步有点在于短结构可更加易于使用注塑成型或热压花制造工艺来生产。
[0103]与其他材料(例如,银或金)的金属层103相比,看得出铝的金属层103对于在纵向尺寸111的相对短范围中生成结构性着色是有效的。有利地,铝比金或银便宜,这对于使用例如注塑成型生产大尺寸产品而言可能是特别有利的。
[0104]如阐明的那样,与纳米结构102的横截面宽度112不同的尺寸参数可被改变以用于获得不同的结构性着色。
[0105]图4示出了对于两个正交方向上的间隔113、123(两个方向上的相同间隔)被改变的纳米结构化的表面的400-750纳米的光谱范围内的波长与模拟反射率的函数。图4中的固定参数为:结构高度111=40纳米,结构直径112 = 70纳米,招层103的高度=20纳米,基板的折射率=1.52,并且保护层的折射率= 1.50。虽然反射率中明显的下沉生成得靠近500纳米,但是下沉的光谱偏置相对小。这建议了与纳米尺寸化的结构特征的间隔中的变化相比,宽度112中的变化对于生成不同的结构性着色而言是更有效的。
[0106]图8示出了对于进入的光的不同入射角Θ的波长与反射率的函数(纳米结构化的表面由纵向尺寸111 = 58]1111、宽度112 = 8611111、间隔=200111]1和由招制成的层103、104特征化)。沿着点划线811的反射下沉对应于黏结模式712的共振频率。吸收波长上的轻微角度依赖并由此反射的光谱被吸收。这些反射下沉是因表面等离子体激元引起的。表面等离子体激元(SPP)为对电介质材料(例如,空气或聚合物)与等离子体(例如,金属)之间的表面/界面局部化的表面波长。为了将光接合到这种波长中,一定条件必需被履行。必需在能量和水平分动量这两者中匹配。当栅存在于金属表面上时,这能够被履行。这是用于根据本发明实施方式的纳米结构化的表面的情况。因为能够流入表面波长中并且被吸收到金属中,所以当入射光接合至SPP时,典型地在反射率光谱中发生下沉。用于接合至SPP的条件取决于入射角度和包括金属的所涉及材料的材料性质。
[0107]反射率下沉812坐落得显著远离反射率下沉811,以使得表面等离子体激元仅无力地影响反射下沉811。
[0108]图9A和图9B示出了根据波长(沿着横坐标)与入射角度(沿着纵坐标)的、因对于160-240nm范围中的不同间隔113、123的表面等离子体而导致的反射率下沉812的位置。在图9A中,层103、104的材料为招。在图9B中,层103、104的材料为银。
[0109]图9B示出了反射率下沉812位于可视光谱中并因此以不期望的方式(例如通过增加角度依赖)影响到了反射下沉811。另一方面,图9A示出了反射率下沉812位于较低波长处,特别是对于较低间隔113、123。相应地,为了减少表面等离子体激元在纳米结构化的表面的期望的光谱性质上的影响,可存在有对于金属层103、104使用铝的优点。
[0110]图9A还建议了(在一个或两个方向上)间隔113、123应小于240nm,优选地小于200nm,例如在160nm与200nm之间。具有低于240nm的间隔,优选地低于200nm的间隔的进一步优点在于减少了第一或更高量级的衍射的生成。这种衍射效应是不期望的,因为它们可能在一定角度上弄乱着色。
[0111]通常,纳米结构化的产品100可为膜、箔、最终产品的一部分或最终产品。纳米结构化的产品100的具体示例包括车辆的内部部分、玩具、家用电器等。例如,车辆的内部部分的表面可提供有结构性着色的装饰,并且玩具可提供有通过在玩具的表面中形成纳米结构化的表面而形成的装饰。
[0112]由此,在实施方式中,纳米结构化的产品为配置成(例如,经由粘合层)连接至另一物体的膜或箔的形式。根据本实施方式,膜-基板通过基板101实施。包括纳米特征102、金属层103并且选择性地包括保护层120的纳米结构化的表面可被提供到膜-基板的正面上。膜的背面可配置有例如粘合层,以实现对于物体的连接。
[0113]基板可为诸如塑料、ABS塑料、玻璃材料的聚合物或者能够被纳米结构化的电介质材料。相应地,整个产品100可由相同的基板材料制成,其中,仅位于纳米特征1 2的顶部上金属层103、可能地基础平面105上的金属层104并且可能地透明或半透明保护层被添加。由此,可能能够用使用纳米结构化的表面和金属层103在无需使用颜料涂料将装饰印刷在物体上的情况下着色的图形、文本或表面来装饰或着色产品100。基板101可为不透明的、透明的、半透的、或半透明的。
[0114]产品100可使用模具通过模制(例如,注塑成型)形成,其中模具的表面提供有纳米结构化的表面以使得模制生成塑料物体的纳米结构化的表面。可选
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