CN105353432B - 一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其外表面覆盖有等离激元器件；所述等离激元器件是将等离激元颜色的可调性与电沉积引起的结构可变性相结合，用电化学方法将银沉积到金纳米圆顶颗粒上，同时又可将银从金纳米颗粒上剥离，形成金核‑银壳纳米圆顶结构；所述等离激元器件通过控制电路、传感器使得机械变色龙行走到相应背景颜色的时候，自身就自动变成相应的颜色，始终与彩色背景保持相同的颜色。本发明可以捕获和模拟环境的整个彩色图案，然后驱动所述色变换过程中各个单元加以处理，充分将机械变色龙融合到环境当中，这使得该项技术很容易被接受。

Description

一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙
技术领域
本发明属于光学隐形材料技术领域，具体涉及一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙。
背景技术
光学隐形是军事和仿生研究中最大的挑战之一。尽管付出了巨大的努力，今天所研究的伪装方法大多数还是源自于可追溯到19世纪40年代的迷彩涂层技术。一种更为复杂的方法涉及入射光的重定向去开发出一种“隐形斗篷”。最近，超材料被证明在微波频段使电磁波弯曲是有效的，但实际应用中扩展到整个可见光却具有挑战性，特别是在射击光传播的环境中。另一方面，动态伪装能迅速适应一个物体的环境，它能更为可行地实现有效隐身。仿生技术的关键在于实现宽反射带电驱动激励，它或许通过一些现有的方法部分可行，包括电泳、胆甾液晶和电致变色。这些技术的主要缺点是，它们通常需要颜色过滤器或多个调色层，从而导致低的反射率和更为复杂的装置。尽管有诸如光子晶体等单层器件的报道，但其多着色能力仍处于起步阶段。然而，由于反射波长对于粒子间分离的内在依赖，热膨胀和收缩可能会严重影响波动温度环境下的着色。众所周知，等离激元纳米结构在紫外至近红外光谱范围内能被用于大幅调整光学反射和吸收。尽管很难获得电激励的色彩，他们仍被证明能比标准的技术产生更饱和的颜色。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙。
本发明所以采用的技术方案是：一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其外表面覆盖有等离激元器件；其特征在于：所述等离激元器件是将等离激元颜色的可调性与电沉积引起的结构可变性相结合，用电化学方法将银沉积到金纳米圆顶颗粒上，同时又可将银从金纳米颗粒上剥离，形成金核-银壳纳米圆顶结构；所述等离激元器件通过控制电路、传感器使得机械变色龙行走到相应背景颜色的时候，自身就自动变成相应的颜色，始终与彩色背景保持相同的颜色。
作为优选，所述金核-银壳纳米圆顶结构制备方法是首先将孔洞高度有序的阳极化氧化铝(AAO)膜覆盖到二氧化硅(SiO2)(50nm)/氧化铟锡(ITO)玻璃上，然后采用反应离子刻蚀(RIE)法去除阳极化氧化铝(AAO)孔下面的二氧化硅(SiO2)薄膜，最后将其装入充满包含正银离子凝胶电解质的器件中。
作为优选，所述金核-银壳纳米圆顶结构，其电极以标准的三电极系统为基础，两电极之间的电压差为1.5V，具有良好的稳定性和可重复性。
作为优选，所述等离激元器件显示采用时域有限差分(FDTD)进行建模仿真。
作为优选，所述用电化学方法将银沉积到金纳米圆顶颗粒上，整个过程由扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量色散谱(EDS)图像对纳米圆顶的演化进行表征。
作为优选，所述金核-银壳纳米圆顶结构为半椭圆形结构。
作为优选，所述机械变色龙配置有自动控制系统和机器视觉系统，机器视觉系统获得的信息经自动控制系统的微处理器处理自动分析后并传递给机械变色龙身上安装的单个等离激元显示单元，用于模拟环境的整个彩色图案，从而相应的改变机械变色龙身体外观的颜色。
作为优选，所述机械变色龙采用3D打印技术制造。
本发明建立在双金属结合的纳米点阵列和电化学偏压基础上，通过电化学控制金核-银壳纳米颗粒圆顶阵列的结构，实现了可逆的全彩等离激元器件显示，并且成功地将这些单元整合到一个机械变色龙身上，使得变色龙能自动与彩色背景保持相同的颜色。同时，本发明允许实时光照控制，容易与既定环境中的颜色设置相匹配。这项技术也可以与复杂的环境相结合，为人工伪装提供了一种新途径。
附图说明
图1为本发明实施例的等离激元器件的结构和功能示意图；
其中：a为等离激元器件的原理图，双层半椭球形代表不同银-壳厚度的纳米圆顶；b为蚀刻和去除氧化铝后形成的二氧化硅纳米孔阵列的SEM图像，比例尺为100nm；插图为二氧化硅纳米孔的横截面的SEM图像，比例尺为50nm；c为金纳米圆顶阵列SEM图像的上视图，比例尺为100nm；d为工作的等离激元构成，包括电极、凝胶电解液、密封；e为在RGB颜色中装置颜色的显微图像；f为600nm光色彩转化率与电沉积电压之间的关系图，扫描速率为0.2V/s，插图为等离激元器件在起点和终点的照片；
图2为本发明实施例的等离激元器件的电驱动颜色改变示意图；
其中：a为不同电沉积时间后器件的反射光谱；b为不同电沉积和电剥离时间与反射峰值波长之间的关系图，插图是对应所选择点处器件的照片；c为等离激元器件的色品图；
图3为本发明实施例的金核-银壳纳米圆顶的微结构特性示意图；
其中：a为沉积时间分别为0秒、1.5秒、3秒、4秒时45度角拍摄的样品纳米圆顶阵列的SEM图片，比例尺为100nm；b为来自a中样品的单个纳米圆顶的TEM图像，比例尺为20nm；c为与b中样品相关的金的EDS图谱；d为金元素的EDS图谱；
图4为本发明实施例的金核-银壳纳米圆顶阵列的光学特性的时域有限差分法(FDTD)的数值计算示意图；
其中：a为仿真原理和相关参数；b为二维反射光谱与a中所示的银壳厚度之间的关系图，随着银壳厚度的增加，蓝移效应显著；c为光波长为650nm，银-壳厚度为0(左)，光波长为450nm，银-壳厚度为30nm(右)的模拟电场分布；d为反射光谱的比较:黑色曲线代表的是银核(30nm)-金壳纳米圆顶的反射光谱，红色曲线代表的是相同大小和形状的纯金纳米圆顶的反射光谱；
图5为本发明实施例的设置有等离激元显示单元的变色龙的应用示意图；
其中：a为安装有类似装甲的等离激元的塑料变色龙示意图，理想情况下，等离激元主体可以显示颜色模式用来模拟背景；b的顶部为一个真实的变色龙照片，底部为在户外草地上的等离激元变色龙照片；c为变色龙演示影片的屏幕截图，变色龙的前后部分随着颜色背景可以独立改变颜色；d的左图为“快速显示”的操作示意图，所有等离激元细胞单元可同时工作；右图为显示操作显示字母“S”-“Y”-“S”影片的屏幕截图；e的左图为“静态显示”的操作示意图，这里等离激元细胞单元是在矩阵-寻址结构上逐行运行的；中间图为一个学校建筑的照片；右图为在16×128像素几何上用等离激元细胞显示再生该建筑和“W-H-U”字母的照片；
图6为本发明实施例的用于刻蚀模板的阳极化氧化铝(AAO)的SEM图片，比例尺：100nm；
图7为本发明实施例的阳极化氧化铝AAO和SiO2界面的SEM图片，比例尺：100nm；
图8上图为本发明实施例的阳极化氧化铝(AAO)照片图像；左下图为本发明实施例的沉积了Au纳米颗粒之后的SiO2纳米孔阵列；右下图为本发明实施例的封装器件的照片；
图9为本发明实施例的Au纳米圆顶电极的CV曲线；
图10为本发明实施例的柔性电致发光(EC)装置1V电压下沉积1秒前后的照片；
图11为本发明实施例的等离激元器件的耐久性能示意图；
图12为本发明实施例的纳米圆顶的TEM图片，比例尺：100nm；
图13为本发明实施例的样品光谱图，其中图a-d是样品1、2、3、4的EDS光谱；不同颜色代表不同的元素，波峰峰值的高低代表元素含量的高低。
图14为本发明实施例的ε1(λ)对波长的依赖关系图；
消光截面可以表示为：
δ a b s = ω 3 c ϵ m 3 / 2 V Σ ( 1 P j 2 ) ϵ 2 ( λ ) { ϵ 1 ( λ ) + [ 1 - P j P j ] ϵ m } 2 + ϵ 2 ( λ ) 2 ;
最大截面发生在:情况如下：截面长宽比变化将引起的改变，为保持该式为零,ε1(λ)需要做出相应的改变,从而导致峰值波长的改变；
首先RZ的增大使得增大，ρ的增大使得 P X = P Y = 1 - 1 - ρ 2 2 [ 1 2 ρ I n ( 1 + ρ 1 - ρ ) - 1 ] 2 增大。因此，和减少.最终,在等式中,ε1(λ)需要增加使该等式保持为零；
显然，当发生蓝移时，ε1(λ)将增加；换言之，当由于银沉积使得RZ增加时，消光截面峰出现蓝移效应；
图15为本发明实施例的机械变色龙结构示意图；
图16为本发明实施例的运行机制以及主要控制电路的线路图；
其中，w,c,εm and V分别表示真空光角频率，光速，周围材料的介电常数，粒子的体积。Pj为去极化因子，包括PX,PY和PZ，RX,RY和RZ分别代表X、Y、Z三轴的长度。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其外表面覆盖有等离激元器件，等离激元器件是将等离激元颜色的可调性与电沉积引起的结构可变性相结合，用电化学方法将银沉积到金纳米圆顶颗粒上，同时又可将银从金纳米颗粒上剥离，整个过程由扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量色散谱(EDS)图像对纳米圆顶的演化进行表征，形成半椭圆形的金核-银壳纳米圆顶结构；金核-银壳纳米圆顶结构制备方法是首先将图5所示的孔洞高度有序的阳极化氧化铝(AAO)膜小心翼翼的覆盖到二氧化硅(SiO2)(50nm)/氧化铟锡(ITO)玻璃上，为保证过程可控，如图6所示，AAO膜与SiO2之间的连接是牢固的。然后采用反应离子刻蚀(RIE)法去除阳极化氧化铝(AAO)孔下面的二氧化硅(SiO2)薄膜，最后将其装入充满包含正银离子凝胶电解质的器件中；金核-银壳纳米圆顶结构，其电极以标准的三电极系统为基础，两电极之间的电压差为1.5V，具有良好的稳定性和可重复性；等离激元器件显示采用时域有限差分(FDTD)进行建模仿真；等离激元器件通过控制电路、传感器使得机械变色龙行走到相应背景颜色的时候，自身就自动变成相应的颜色，始终与彩色背景保持相同的颜色；机械变色龙配置有自动控制系统和机器视觉系统，机器视觉系统获得的信息经自动控制系统的微处理器处理自动分析后并传递给机械变色龙身上安装的单个等离激元器件，用于模拟环境的整个彩色图案，从而相应的改变机械变色龙身体外观的颜色。
为确保等离激元器件的出色性能，本发明特意设计了一种如图1a所示的金-核/银-壳结构，而不是金-核/银-壳结构；制造过程描述如下：首先，将孔洞高度有序的阳极化氧化铝(AAO)膜小心翼翼的转移到二氧化硅(SiO2)(50nm)/氧化铟锡(ITO)玻璃上，其中AAO作为在SiO2上刻蚀纳米孔阵列的模板。为保证进一步过程可控，AAO膜与SiO2之间的连接是牢固的。为了去除AAO孔下面的整个50nm SiO2膜，使用反应离子刻蚀(RIE)方法能很精确的做到这一点，并仍然可以保证50nm的ITO完好无损。从而在SiO2上得到了一个有序的纳米孔阵列，如图1b所示，同时该阵列还拥有一个可导电的ITO底座，如图1b中的插图所示。这种导电底座对电沉积过程中的电流馈电很重要。接着，将金蒸镀到样品上，创造一个有序的金纳米圆顶阵列，如图1c中所示的扫面电子显微镜图像。样品颜色从透明到红色发生变化，如图8所示，这通常是由金纳米结构的等离激元特性引起的。最后，将样品装入器件当中，器件中充满了包含正的银离子的凝胶电解质，如图1d所示。
当前结构的主要优点在于将等离激元颜色的可调控性与电沉积引起的结构可变性相结合。通常情况下，只要稍微调整物理配置，等离激元纳米结构能产生很大的反应变化，但是正常合成所获得的纳米结构很稳定，使得动态的等离激元保持稳定几乎不可能。另一方面，电沉积能极大的改变材料的厚度，已经被应用于单色电致变色单元中，但是在控制等离激元纳米结构上，电沉积法还未被充分发掘应用。因此，在等离激元金纳米圆顶上电沉积和剥离银壳能解决以上所述难题，同时产生可逆的等离激元，该等离激元覆盖整个可见光谱。图1所示为金/银纳米圆顶样品显微镜下所看到的图片，它包含红、绿和蓝色，表明该纳米圆顶可调范围很大。就金纳米圆顶电极而言，以标准的三电极系统为基础的循环伏安图(如图9所示)显示银的氧化还原反应可逆，也表明实现连续颜色变化的可行性。就工作装置而言，使用了两个电极且两个电极之间的电压差为1.5V，但仍然提供良好的稳定性和可重复性。图1f记录了转换对氧化还原的时间，清楚的表明氧化还原反应，它与CV测量保持了很好的一致性。从图1f可以看出，在CV曲线的起始点和终止点(黑箭头所示)，该器件显示了一个从红色到蓝色宽的颜色变化。
图2a描述了随着银沉积时间的增加器件所测的反射光谱。随着银沉积时间的加长，趋势成单片蓝移，之后在时域有限差分(FDTD)仿真部分进行了很好建模。图2b显示了在不同电沉积/剥离时间下提取的反射峰值位置，而叠加图像对应于这些选择代表点。图2c显示的是器件从图2a中提取点的色品图。这些结果表明可逆的准-满可见颜色的等离激元是可实现的，在几秒内能够实现任意两个颜色状态之间的切换。此外，等离激元器件这个概念也能够在柔性基板上制造，如图10中所示的窄颜色窗口，这意味着在可穿戴的有效伪装和功能性软机器等方面有着潜在得应用。而且，该装置稳定性好，在图11中所示的持续性特征证明了这一点。在经过200次的循环操作之后，该装置没有失去着色能力。
为保证银-壳电沉积过程的成功，由扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量色散谱(EDS)图像对纳米圆顶的演化进行了表征。图3a中所示的SEM图像清晰的呈现在排列良好小孔里的纳米圆顶的大小随着银沉积时间(0秒、1.5秒、3.5秒和5秒)的延长而变大，这与图3b(图12中的低倍TEM)中所显示的典型单个纳米圆顶的颜色状态的TEM图像保持良好的一致，每个纳米圆顶的测量高度分别为10nm、17nm、30nm、40nm。在TEM中耦合的EDS图像被用来描绘金元素和银元素的位置，如图3c和3d所示，相对应的EDS图谱如图13的a-d所示，毫无疑问确认了在纳米圆顶中金核和银壳的存在。以上结果清楚表明通过电沉积法在金核上获得了一个可控的、令人满意的银壳，这也极大的说明等离激元的机理是在于银/金混合纳米结构的形成，而非离子插入或携带浓度介导效应。
通过FDTD法进一步研究依赖银壳的反射演化。该模型结构示意图如图4a所示。金/银纳米结构设置为半椭圆形结构，该结构合理的近似于从实验中所观察到的结构形状。因为在TEM中所观察到的横向尺寸在银沉积过程中也略微增加，在XY平面内，金的半径rAu1和银的半径rAg1为25nm，各自的变化范围均为0-6nm。金的高度rAu2和银的高度rAg2是10nm，各自在Z轴的变化范围为0-30nm，然而根据TEM的结果，在演化过程当中，rAg2与rAg1的比率近似于常数5。因此，为避免仿真较复杂，在仿真中SiO2层不予考虑，这是因为它没有与纳米圆顶相接触。图4b显示了连续可变的银-壳厚度的二维反射模式，这表明通过变化rAg2从0nm到30nm，峰值波长可从670nm到450nm连续调控，这与650nm到430nm的实验范围保持很好的一致。在图4c中，金/银纳米圆顶的底部边缘发现有强大的电场强度：当rAg2＝0nm时，谐振峰值λ＝670nm，当rAg2＝30nm时，谐振峰值λ＝450nm，他们负责产生样品的颜色。从这些分析中，它理论上证明反射转变主要是由电镀外壳造成的。纵然如此，是否转移主要来自于银材料(材料系数)或仅仅是纳米圆顶形状的改变(几何系数)仍然需要进一步区分。纳米圆顶大小的变化来自于半椭圆体纯形状的改变，分析如下。对椭球粒子而言，吸收截面可以表示为：
δ a b s = ω 3 c ϵ m 3 / 2 V Σ ( 1 P j 2 ) ϵ 2 ( λ ) { ϵ 1 ( λ ) + [ 1 - P j P j ] ϵ m } 2 + ϵ 2 ( λ ) 2 ;
极化因子Pj包含PX，PY和PZ对应于椭圆体的三轴。在本实施例中，轴长RZ>RX＝RY，关系如下：
P Z = 1 - ρ 2 ρ 2 [ 1 2 ρ I n ( 1 + ρ 1 - ρ ) - 1 ] P X = P Y = 1 - P Z 2 ;
此处：ρ＝(1-(RX/RY)2)1/2；
因此，RZ和RX轴长的改变将导致消光光谱的转移。事实上，经过详细推导显示(如图14和对应的分析)，当RZ/RX的比率增加时(在本发明的实验中，RZ和RX分别对应rAg2+rAu2和rAg1+rAu1，随着银的沉积RZ/RX的比值的确增大)，在XY平面里的谐振峰出现蓝移效应(在垂直入射的情况下)，与将更短等离激元波长的银添加到金上的方向相同，表明几何因子对于帮助实现670nm-450nm宽谐调范围有一个积极的增强作用。为了验证几何因子诱导转变这个结论，图4d进行了另一个将金-壳添加到原始金-核上的仿真模拟。分别比较原始金-核的相同670nm峰值蓝移到450nm和560nm，30nm银-壳和30nm“金-壳”之间的反射光谱。这清楚地表明，只有将几何因子和材料(银-壳)因子二者进行耦合，才能实现谐调-波长到蓝色区域的功能。此外，如果与峰位移方向相关的几何因子与由材料本身引起的转换趋势相矛盾，那时整体颜色可调谐性会受到影响。特别是，如果考虑银-核/金-壳而非金-核/银-壳，可以预测，由于金固有的等离激元光谱特性，在银-核上沉积金-壳峰值波长将红移，但是几何因子(RZ/RX)将导致上面提到的蓝移补偿金诱发的红移。因此，这对要完成全部可见的色彩功能将是一个严重的约束。从而，设计金-核/银-壳在人工伪装应用上是一个合乎逻辑的选择。
由于等离激元卓越的性能，可以实现许多意义深远的应用。这里，本发明首先关注的是体现在机械变色龙中的仿生伪装。图5a显示了机械变色龙工作原理的示意图。整个变色龙身体覆盖着像鱼鳞一样颜色的补丁，这些补丁对应于本发明实验中的等离激元。一个理想的机械变色龙将配备微型颜色传感器用来感知环境的色彩模式。从摄像头获得的信息将被自动分析并传送给单个颜色补丁，相应的改变变色龙身体外观的颜色。机械变色龙结构图示意图如图15所示，其中使用了两个简化的颜色传感器，分别对应概念-证明的有着独立自制的微控制系统的机械变色龙的前后部分，如图16所示。传感器能检测红色、绿色和蓝色，每次一个颜色输出电压信号到微控制系统，微控制系统能分析信号并在合适的时间随后提供1.5V电压进入对应的等离激元，呈现与背景相匹配的颜色。图5b的顶部和底部分别显示的是一个真实的变色龙和在自然环境中本发明的机械变色龙的颜色图案。图5c显示了视频的截屏画面，显示了正在三色背景前行走的相应时间的变色龙。第二秒，第11秒和第60秒的颜色分别显示左边、中间和右边的板上。从图5c本发明能看到，当机械变色龙正在从红色背景向绿色背景移动时，在前面部分的等离激元颜色将自动变换成绿色，合并到背景颜色当中，但是这后面部分仍旧处于红色背景当中，没有颜色变化直到传感器移动到绿色背景。颜色变化的影响也能在绿色/蓝色界面被复制。显然，机械变色龙拥有每一个现实动态伪装的基本特征。
作为一个副产品，本发明展示了等离激元显示的潜在能力，能被使用在低功率的电子纸和显示装置。图5d是一个10*10的快速显示屏，刷新时间(<1s)等于一个等离激元的响应时间，因为所有100个单元可同时操作(图5d左边的示意图)。图5d右边显示了由动态屏产生的"S"-"Y"-"S"字母。高分辨率图形显示的潜在应用，图5e显示了一个含有字母“W-H-U”和学校建筑的静态64×32图像。应该注意的是，建筑的整体图像是由16个不同的单个图片所集成的，而这些单个图片来自于使用逐行矩阵寻址技术所得到的128个等离激元。这表明如果制造工艺更加先进，显示高分辨率图像(例如1024×768)大有前景，然而，由于等离激元的反应率，如果将其应用于视频显示，等离激元可能表现不是太够好。
总之，本发明已通过电化学控制Au/Ag核-壳纳米圆顶阵列的结构，本发明实现了可逆的全彩等离激元显示，并且成功地将这些单元整合到一个机械变色龙身上，使得变色龙能自动与彩色背景保持相同的颜色。尽管目前机械变色龙能工作在仅仅只有三种基本色(红色、绿色和蓝色)的背景下，但是本发明的技术也能与复杂的环境相接合并且给人工动态伪装提供一个新的方法。本发明通过使用技术更先进的自治系统，它可以通过使用高度集成的机器视觉系统，该系统可以捕获和模拟环境的整个彩色图案，然后驱动所述色变换过程中各个单元加以处理，充分将机械变色龙融合到环境当中，这使得该项技术很容易被接受。
本发明融入了基于高度有序的Au/Ag纳米圆顶的动态等离激元纳米结构，并成功展示了一个仿生的机械“变色龙”，即一个16x128的“等离激元”——矩阵显示器，它在波长430nm-650nm完整的可见光区域内都是有效的，它是通过电解沉积/剥离工艺改变Au/Ag核壳结构起作用的。
本实施例等离激元的制备：金属薄片上的矩形阳极氧化铝薄膜购自于Shangmu技术有限公司，其尺寸范围在2mm×2mm到2cm×2cm之间，并且具有直径50nm及间距100nm的孔阵列。厚度为50nm的二氧化硅薄膜用等离子体增强化学气相沉积方法沉积在ITO玻璃上。阳极氧化铝膜在液态环境中被转移到二氧化硅上。二氧化硅薄膜的刻蚀是在Oxford PlasmaPro 100系统上完成的，电感功率为400W，刻蚀率为50nm/min。Au沉积在国产的热蒸发器上完成，其沉积速率大约为1nm/min。
本实施例等离激元器件和机械变色龙的制备：装置封装在定制的玻璃容器中。容器里面充满了凝胶电解质，它支托着放置等离子体晶胞的ITO/SiO2基底并接入了导线。凝胶电解质由1mol/L的AgNO3作为银离子来源、2.5mol/L的LiBr作为支持电解质和0.1mol/L的CuCl2作为在二甲基亚砜(DMSO)中的电化学中介。随后，以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为主聚合物添加到上述溶液中，它最终的重量比为10％。由苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物(ABS)构成的机械变色龙是利用Da Vinci 1.0打印机(XYZ三向打印)通过3D打印而成，随后在变色龙身上覆盖等离激元器件。
本实施例等离激元器件和机械变色龙特性描述所用的设备：SEM图像是利用JEOL 6380系统获得的。TEM图像是在具备EDS绘图功能的FEI Tecnai G2Spirit系统中拍摄的。UV-Vis-NIR吸收/反射光谱由紫外-可见-红外分光光度计记录(λ950)。
本实施例等离激元器件电化学特征描述：等离激元器件的CV曲线是由电化学分析仪测定的(上海辰华CHI 600E)。CV曲线的扫描速度设置为1V/s。
本实施例FDTD仿真：FDTD Solution 8.5(Lumerical公司)用于仿真。Au，Ag和SiO2相关波长的折射率分别从ref29和ref30提取。周围基质的折射率为1。周期性边界条件应用于X和Y方向，对Z方向运用完美匹配层边界条件。沿Z方向传播并且波长范围为400-700nm的圆偏振光来自于半椭球的上面。频域功率监控器用来记录模拟区域的发射分布。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1. 一种实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其外表面覆盖有等离激元器件；其特征在于：所述等离激元器件是将等离激元颜色的可调性与电沉积引起的结构可变性相结合，用电化学方法将银沉积到金纳米圆顶颗粒上，同时又可将银从金纳米颗粒上剥离，形成金核-银壳纳米圆顶结构；所述等离激元器件通过控制电路、传感器使得机械变色龙行走到相应背景颜色的时候，自身就自动变成相应的颜色，始终与彩色背景保持相同的颜色。
2. 根据权利要求1所述的实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其特征在于：所述金核-银壳纳米圆顶结构制备方法是首先将孔洞高度有序的阳极化氧化铝（AAO）膜覆盖到50nm厚度的二氧化硅(SiO2)/氧化铟锡(ITO)玻璃上，然后采用反应离子刻蚀(RIE)法去除阳极化氧化铝(AAO)孔下面的二氧化硅(SiO2)薄膜，最后将其装入充满包含正银离子凝胶电解质的器件中。
3. 根据权利要求1所述的实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其特征在于：所述金核-银壳纳米圆顶结构，其电极以标准的三电极系统为基础，两电极之间的电压差为1.5V，具有良好的稳定性和可重复性。
4. 根据权利要求1所述的实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其特征在于：所述等离激元器件显示采用时域有限差分(FDTD)进行建模仿真。
5. 根据权利要求1所述的实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其特征在于：所述用电化学方法将银沉积到金纳米圆顶颗粒上，整个过程由扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜(TEM)和能量色散谱(EDS)图像对纳米圆顶的演化进行表征。
6. 根据权利要求1所述的实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其特征在于：所述金核-银壳纳米圆顶结构为半椭圆形结构。
7. 根据权利要求1所述的实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其特征在于：所述机械变色龙配置有自动控制系统和机器视觉系统，机器视觉系统获得的信息经自动控制系统的微处理器处理自动分析后并传递给机械变色龙身上安装的单个等离激元器件，用于模拟环境的整个彩色图案，从而相应的改变机械变色龙身体外观的颜色。
8. 根据权利要求1至7任意一项所述的实时动态等离激元调控变色的机械变色龙，其特征在于：所述机械变色龙采用3D打印技术制造。
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