CN106886090B - 一种微型动态调色装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型动态调色装置；其包括微型圆柱形腔体，以及在该微型腔体内的油相流体、水相流体、以及位于油水两相流体界面的单一金属纳米颗粒。其中微型圆柱形腔体侧壁以及底部分别设置有两个独立电极，可通过电润湿原理调整水相流体在侧壁表面的浸润特性，从而实现对油水两相界面曲率的快速、可回复调整。此外，通过利用金属纳米颗粒表面等离子现象，可以选择性透射特定波长的光来输出所对应的颜色。由于透射波长受到金属纳米颗粒周围介质的介电常数等参数的影响，因此可以通过电润湿原理，对金属纳米颗粒周围两相流体介质材料分布形态进行快速、可回复的动态调整，从而实现所输出颜色的相应调整。

Description

一种微型动态调色装置
技术领域
本发明涉及一种微型动态调色装置。
背景技术
新型光电元器件的微型化、小型化已经成为一种趋势，在特定领域展现出了非常重要的应用前景，其对实现高性能高分辨率的轻薄便携式光电器件系统至关重要。
其中，滤色装置是很多光电功能器件中非常重要的一个部件，对其实现微型化、小型化同样具有非常重要的实际应用价值。
虽然人们可以通过复杂的微加工工艺来进行微型化滤色功能部件的制造，具体步骤通常包括光刻胶涂覆、曝光、显影和硬化工艺，但是基于微加工工艺会造成污染以及工艺流程的复杂高成本；此外，制备的滤色功能部件所能产生的颜色是确定的，不会随着不同需求而发生改变。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，基于表面等离子体技术，提出一种微型动态调色装置。
技术方案：一种微型动态调色装置，包括一个具有电润湿功能的微型圆柱形腔体，以及在所述微型圆柱形腔体内的油相流体、水相流体，以及位于油水两相流体界面的单一金属纳米颗粒；所述金属纳米颗粒通过利用表面等离子现象选择性透射特定波长的光来输出所对应的颜色；同时通过调整电润湿功能所施加电压的大小，对所述金属纳米颗粒周围两相流体介质材料分布形态进行可回复的动态调整，实现所输出颜色的相应调整。
进一步的，所述具有电润湿功能的微型圆柱形腔体的内侧壁以及底部分别设置有独立电极，所述内侧壁的独立电极表面覆盖有疏水介质层。
进一步的，所述微型圆柱形腔体内侧壁的所述独立电极为环形电极，所述油相流体和水相流体形成的油水两相界面的边缘与所述疏水介质层始终保持接触。
进一步的，所述疏水介质层由单层疏水材料构成或由介质材料表面覆盖疏水材料构成。
进一步的，所述单一金属纳米颗粒通过表面亲水、疏水功能团的修饰，于所述油水两相界面处稳定分布。
进一步的，通过对所述单一金属纳米颗粒种类、形状、粒径进行选择来改变其对初始透射波长产生影响，来实现不同的初始颜色。
进一步的，所述金属纳米颗粒由导电材料形成，所述导电材料包括铝，金，银，锌，钼，铂，镍，钯，铁，铜，铬，碳纳米管，掺杂半导体器件，导电塑料，富勒烯，以及导电复合材料，或其混合物中的至少一种。
有益效果：本发明的一种微型动态调色装置，能够通过电润湿原理调整水相流体在侧壁表面的浸润特性，从而实现对油水两相界面曲率的快速、可回复调整。此外，金属纳米颗粒可通过利用表面等离子体选择性透射特定波长的光来输出所希望的颜色。由于透射波长受到金属纳米颗粒周围两相流体介质材料分布形态的影响，因此可以通过电润湿原理，对金属纳米颗粒周围两相流体介质材料分布形态进行快速、可回复的动态调整，实现滤色光波在宽光谱范围内快速、可回复调整。
附图说明
图1为本发明微型动态调色装置在初始状态下，油水界面形状呈现凸形界面时器件剖面示意图；
图2为本发明微型动态调色装置在电润湿电压作用下，油水界面形状呈现凹形界面时器件剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1、2所示，一种微型动态调色装置，包括了一个具有电润湿功能的圆柱形腔体10，圆柱形腔体10的直径为200纳米至20微米之间，以及在该圆柱形腔体10内的油相流体20、水相流体30，以及均匀分布于油水两相流体界面的单一金属纳米颗粒40。油相流体20为任意非水溶性的非极性流体；水相流体30为任意非油溶性的极性流体。单一金属纳米颗粒40通过利用表面等离子体选择性透射特定波长的光来输出所希望的特定颜色。同时通过调整电润湿功能所施加电压的大小，对单一金属纳米颗粒40周围两相流体介质材料分布形态进行快速、可回复的动态调整，从而实现所输出颜色的相应调整。
具体的，圆柱形腔体10的内侧壁11以及底部12分别设置有独立电极13和独立电极14，圆柱形腔体内侧壁的电极为环形电极。该环形电极表面覆盖有一层疏水介质层15，该疏水介质层15由单层疏水材料构成或者由介质材料表面覆盖疏水材料构成。在对电机施加调整电压的过程中，环形电极以及疏水介质层的尺寸需确保油相流体和水相流体形成的油水两相界面的边缘与疏水介质层15始终保持接触。底部的独立电极13可以为任意形状，优选为设置在底部12中央位置。其中，疏水介质层15的疏水材料包括含氟聚合物，例如特氟龙；而介质材料包括二氧化硅，氮化硅，聚二甲基硅氧烷PDMS，SU-8等各类有机或者无机材料薄膜。
单一金属纳米颗粒40由导电材料形成，导电材料包括铝Al，金Au，银Ag，锌Zn，钼Mo，铂Pt，镍Ni，钯Pd，铁Fe，铜Cu，铬Cr，碳纳米管，掺杂半导体器件，导电塑料，富勒烯，以及导电复合材料，或其混合物中的至少一种。单一金属纳米颗粒可通过表面亲水、疏水功能团的修饰，于油水两相流体界面处稳定分布，即相对油水两相流体界面的位置是稳定的。
通过在独立电极13和独立电极14之间施加电压，在电润湿效应作用下，水相流体30在疏水介质层15表面的接触角会发生减小，并且接触角的减小幅度与所施加的电压值成正相关。如图1所示，在未施加电压时，水相流体30在疏水介质层15表面的接触角接近180°，油水两相流体界面的形状呈现凸形界面；随着电压的增加，接触角逐步减小至远小于90°，油水两相流体界面的形状发生了从凸形到凹形的连续变化，如图2所示；即在电压增加的过程中，单一金属纳米颗粒40周围两相流体介质材料分布形态发生了巨大变化。而当金属纳米颗粒40周围两相流体介质材料分布形态发生变化时，通过表面等离子体透射的波长也会发生相应的变化，从而实现滤色光波在宽光谱范围内的调整。
我们可以通过选择油相流体20、水相流体30、以及金属纳米颗粒40的种类等参数，在金属纳米颗粒40周围两相流体介质材料分布形态发生尽可能大的变化的基础上，实现宽光谱的调节。与此同时，由于电润湿效应是纯电驱动，且流体形变反应速度很快，可以实现每秒50次以上的调节，在此过程中油水界面形状在电润湿效应作用下可发生从凸形界面到凹形界面之间的连续可回复变化，因此具备实现动态调节滤色波长的功能，适用于视频彩色显示应用。此外，单一金属纳米颗粒种类、形状、粒径的改变都会对初始透射波长产生影响，从而可以通过选择不同的金属纳米颗粒来实现不同的初始颜色。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种微型动态调色装置，其特征在于：包括一个具有电润湿功能的微型圆柱形腔体，以及在所述微型圆柱形腔体内的油相流体、水相流体，以及位于油水两相流体界面的单一金属纳米颗粒；所述金属纳米颗粒通过利用表面等离子现象选择性透射特定波长的光来输出所对应的颜色；同时通过调整电润湿功能所施加电压的大小，对所述金属纳米颗粒周围两相流体介质材料分布形态进行可回复的动态调整，通过表面等离子体透射的波长会发生相应的变化，实现所输出颜色的相应调整。
2.根据权利要求1所述的微型动态调色装置，其特征在于：所述具有电润湿功能的微型圆柱形腔体的内侧壁以及底部分别设置有独立电极，所述内侧壁的独立电极表面覆盖有疏水介质层。
3.根据权利要求2所述的微型动态调色装置，其特征在于：所述微型圆柱形腔体内侧壁的所述独立电极为环形电极，所述油相流体和水相流体形成的油水两相界面的边缘与所述疏水介质层始终保持接触。
4.根据权利要求2或3所述的微型动态调色装置，其特征在于：所述疏水介质层由单层疏水材料构成或由介质材料表面覆盖疏水材料构成。
5.根据权利要求1所述的微型动态调色装置，其特征在于：所述单一金属纳米颗粒通过表面亲水、疏水功能团的修饰，于所述油水两相流体界面处稳定分布。
6.根据权利要求1所述的微型动态调色装置，其特征在于：通过对所述单一金属纳米颗粒种类、形状、粒径进行选择来改变其对初始透射波长产生影响，来实现不同的初始颜色。
7.根据权利要求1所述的微型动态调色装置，其特征在于：所述金属纳米颗粒由导电材料形成，所述导电材料包括铝，金，银，锌，钼，铂，镍，钯，铁，铜，铬，碳纳米管，掺杂半导体器件，导电塑料，富勒烯，或导电复合材料。
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