基于异质复合材料的表面结构色调控方法与流程

本发明涉及结构色调控技术领域，特别是涉及一种基于异质复合材料的表面结构色调控方法。

背景技术：

在自然界中，很多生物的外壳、表皮因为存在微纳结构，在无任何色素涂覆下在自然光照下呈现特定的颜色，这种由于微纳结构与入射光相互作用而引起的反射、散射、干涉等光学现象产生的颜色被称为结构色。近年来由于颜色鲜艳不易褪色、低污染等优点，有关结构色的研究逐渐受到重视。现阶段结构色采用机械、激光等方法制备，通过精确控制微结构尺寸，从而使加工出图案的不同区域的光互相作用显示不同的颜色。然而，其所加工微结构尺寸固定，因此特定尺寸的微结构仅仅能显示特定的颜色，从而不能实现微结构图案色彩的变化。因此，现有结构色往往仅仅起静态显示色彩的作用，不能实现可变结构色的产生，更不能实现对温度变化的动态检测。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于异质复合材料的表面结构色调控方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过将结构色制备在对温度敏感的异质复合材料表面，并通过温度改变异质复合材料的整体形貌，从而改变结构色微结构间距大小，进而改变结构色显示颜色，从而实现结构色色彩的动态调控。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于异质复合材料的表面结构色调控方法，包括以下步骤：

(1)、采用两种或两种以上热膨胀系数差距较大的材料制备成异质复合材料；

(2)、采用机械加工或激光加工或mems加工的加工方式，根据所需初始结构色色彩控制单个结构色几何图单元的大小以及微结构间距，在异质复合材料表面制备亚微米尺度的微结构阵列结构，从而显示相应的结构色；

(3)、改变异质复合材料的温度，使异质复合材料的整体弯曲变形，异质复合材料的整体弯曲变形会改变异质复合材料上微结构的间距，从而改变结构色的色彩。

优选地，采用电热丝加热或外部气体加热或对异质复合材料直接通电加热来改变异质复合材料的温度。

优选地，所述微结构为微沟槽结构，所述微结构阵列结构为微沟槽阵列结构。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的基于异质复合材料的表面结构色调控方法，通过将结构色制备在对温度敏感的异质复合材料表面，并通过温度改变异质复合材料的整体形貌，从而改变结构色微结构间距大小，进而改变结构色显示颜色，从而实现结构色色彩的动态调控。通过所制备的可变结构色，可以应用于基于环境特征的结构色调控隐身(类变色龙功能仿生结构)、动态色彩显示、防伪防假等多个领域，对于结构色的进一步应用具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中微沟槽结构的示意图；

图2为温度改变导致异质复合材料结构改变的仿真示意图；

图3为本发明中基于异质复合材料的表面结构色调控方法的原理图；

图中：1-微沟槽结构、2-低热膨胀率材料、3-高热膨胀率材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于异质复合材料的表面结构色调控方法，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种基于异质复合材料的表面结构色调控方法，包括以下步骤：

(1)、采用两种或两种以上热膨胀系数差距较大的材料制备成异质复合材料；

(2)、采用机械飞切加工或、激光加工、mems加工等加工的方式，根据所需初始结构色色彩控制单个结构色几何图单元的大小以及微结构间距，在异质复合材料表面制备亚微米尺度的微结构阵列结构，从而显示相应的结构色；

(3)、改变异质复合材料的温度，使异质复合材料的整体弯曲变形，异质复合材料的整体弯曲变形会改变异质复合材料上微结构的间距，从而改变结构色的色彩。

现结合具体实例对本发明的基于异质复合材料的表面结构色调控方法做具体说明：

(1)、本实施例中采用两种热膨胀系数差距较大的材料制备成异质复合材料；两种异质材料分层结合，制成异质复合材料；并在低热膨胀率材料2的表面制备亚微米尺度的微沟槽阵列结构，微沟槽结构1以及微沟槽阵列结构如图1所示；

(2)、采用电热丝加热或外部气体加热或对异质复合材料直接通电加热来改变异质复合材料的温度，由于异质复合材料的不同组成材料(低热膨胀率材料2和相对来说膨胀系数较高的高热膨胀率材料3)具有不同的热膨胀系数，因此在温度改变时不同的组成材料产生了不同大小的尺寸改变。由于不同的组成材料复合为异质复合材料，因此不同大小的尺寸改变将会导致异质复合材料的整体结构的弯曲变形，如图2所示。异质复合材料的整体弯曲变形将会改变异质复合材料上微沟槽的间距，从而改变结构色的色彩，如图3所示。当微沟槽结构1间距变小时，会使干涉光波长变短，使结构色色彩产生“蓝移”；当微沟槽结构1间距变大时，会使干涉光波长变长，使结构色色彩产生“红移”。因此，通过对异质复合材料温度的调控，可以动态改变结构色的色彩，从而实现对结构色色彩的动态调控。

需要说明的是，本发明中的异质复合材料不仅仅是由两种热膨胀系数差距较大的材料制备而成，多种材料也不仅仅是采用层层排列的组合方式，上述实施例仅是举例说明，在实际调控工况中根据对结构色的要求、异质复合材料的变形要求，上述参数均可灵活调控，本实施例中对其他实例不再赘述。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种基于异质复合材料的表面结构色调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、采用两种或两种以上热膨胀系数差距较大的材料制备成异质复合材料；

(2)、采用机械加工或激光加工或mems加工的加工方式，根据所需初始结构色色彩控制单个结构色几何图单元的大小以及微结构间距，在异质复合材料表面制备亚微米尺度的微结构阵列结构，从而显示相应的结构色；

(3)、改变异质复合材料的温度，使异质复合材料的整体弯曲变形，异质复合材料的整体弯曲变形会改变异质复合材料上微结构的间距，从而改变结构色的色彩。

2.根据权利要求1所述的基于异质复合材料的表面结构色调控方法，其特征在于：采用电热丝加热或外部气体加热或对异质复合材料直接通电加热来改变异质复合材料的温度。

3.根据权利要求1所述的基于异质复合材料的表面结构色调控方法，其特征在于：所述微结构为微沟槽结构，所述微结构阵列结构为微沟槽阵列结构。

技术总结
本发明公开了一种基于异质复合材料的表面结构色调控方法，采用两种或两种以上热膨胀系数差距较大的材料制备成异质复合材料；根据所需初始结构色色彩控制单个结构色几何图单元的大小以及微结构间距，在异质复合材料表面制备亚微米尺度的微结构阵列结构，从而显示相应的结构色；改变异质复合材料的温度，使异质复合材料的整体弯曲变形，异质复合材料的整体弯曲变形会改变异质复合材料上微结构的间距，从而改变结构色的色彩；本发明通过将结构色制备在对温度敏感的异质复合材料表面，并通过温度改变异质复合材料的整体形貌，从而改变结构色微结构间距大小，进而改变结构色显示颜色，从而实现结构色色彩的动态调控。

技术研发人员：周天丰;刘朋;贺裕鹏;阮本帅;颜培;梁志强;刘志兵;解丽静;焦黎;王西彬
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2019.09.02
技术公布日：2019.12.03