CN114895499A - 一种应用相变材料的电控调色装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电控调色领域，具体提供了一种应用相变材料的电控调色装置，包括基底、贵金属层、相变材料层、贵金属颗粒层、石墨烯层，基底的材料为绝缘材料，贵金属层置于基底上，相变材料层置于贵金属层上，贵金属颗粒层置于相变材料层上，贵金属颗粒层包括周期性排布的贵金属颗粒，石墨烯层覆盖贵金属颗粒层。在本发明中，可以通过施加不同的电压，不同程度地改变相变材料层的折射率，从而实现宽光谱范围的颜色调控，在电控调色领域具有良好的应用前景。

Description

一种应用相变材料的电控调色装置

技术领域

本发明涉及电控调色领域，具体涉及一种应用相变材料的电控调色装置。

背景技术

调控发光物体的颜色或调控反射物体的颜色在显示和传感领域具有重要的应用。另外，随着生活水平的提高，人们越来越重视工作环境和生活环境的光照。生活中经常采用窗帘、百叶窗、有色玻璃等措施。为进一步提高调色效果，研究人员采用电控液晶的方案，通过电压控制液晶分子扭转实现对光透射率的调控，可以根据需求调节光线强弱。但是，这种方案不易调节物体吸收或反射光的波长。研究人员还通过控制发光或散射光颗粒之间的距离调节颗粒的发光或散射光的波长，但是，这种电控调色装置对颜色调节的范围窄，不能满足宽光谱调控需求。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种应用相变材料的电控调色装置，包括基底、贵金属层、相变材料层、贵金属颗粒层、石墨烯层，基底的材料为绝缘材料，贵金属层置于基底上，相变材料层置于贵金属层上，贵金属颗粒层置于相变材料层上，贵金属颗粒层包括周期性排布的贵金属颗粒，石墨烯层覆盖贵金属颗粒层。

更进一步地，相变材料层包括周期性排布的相变材料颗粒，贵金属颗粒置于相变材料颗粒上。

更进一步地，相变材料颗粒的形状为圆盘形。

更进一步地，贵金属颗粒为圆环形。

更进一步地，相变材料颗粒的中部设有突出部，突出部伸入贵金属颗粒的内部。

更进一步地，贵金属颗粒部分地嵌入相变材料层。

更进一步地，石墨烯层中石墨烯的层数少于10层。

更进一步地，基底的材料为二氧化硅。

更进一步地，相变材料层的厚度小于50纳米。

本发明的有益效果：本发明提供了一种应用相变材料的电控调色装置，包括基底、贵金属层、相变材料层、贵金属颗粒层、石墨烯层，基底的材料为绝缘材料，贵金属层置于基底上，相变材料层置于贵金属层上，贵金属颗粒层置于相变材料层上，贵金属颗粒层包括周期性排布的贵金属颗粒，石墨烯层覆盖贵金属颗粒层。应用时，通过贵金属层和石墨烯层向相变材料层施加电场，在电场的作用下，相变材料层发生相变，相变材料层的折射率改变，从而改变了贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长，从而调控了贵金属颗粒层的颜色。在本发明中，可以通过施加不同的电压，不同程度地改变相变材料层的折射率，从而实现宽光谱范围的颜色调控，在电控调色领域具有良好的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种应用相变材料的电控调色装置的示意图。

图2是又一种应用相变材料的电控调色装置的示意图。

图中：1、基底；2、贵金属层；3、相变材料层；4、贵金属颗粒层；5、石墨烯层。

具体实施方式

以下结合附图对优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。

实施例1

本发明提供了一种应用相变材料的电控调色装置，如图1所示，包括基底1、贵金属层2、相变材料层3、贵金属颗粒层4、石墨烯层5。基底1的材料为绝缘材料。具体地，基底1的材料为二氧化硅。基底1的厚度不做限制。贵金属层2置于基底1上。贵金属层2的材料为金或银。贵金属层2的厚度大于100纳米，当贵金属层2的厚度大于100纳米时，就能够阻挡入射光。更进一步地，贵金属层2的材料为金，厚度小于200纳米。在本发明中，贵金属层2不仅用作电极，而且用于将入射光聚集在贵金属颗粒4余贵金属层2之间。相变材料层3置于贵金属层2上。相变材料层3的材料为二氧化钒。二氧化钒是一种成本低、工艺简单、工艺成熟的材料。在本发明中，在电压作用下，二氧化钒产生相变，其折射率产生变化，构成电控相变材料。特别是，当二氧化钒从金属态和绝缘态之间转化时，其折射率发生明显变化，从而实现高灵敏调控。贵金属颗粒层4置于相变材料层3上。贵金属颗粒层4包括周期性排布的贵金属颗粒。贵金属颗粒的材料为金或银。石墨烯层5覆盖贵金属颗粒层4。石墨烯层5中石墨烯的层数少于10层，以便于入射光能够更多地穿透石墨烯层5。

应用时，连续谱光源照射石墨烯层5；同时，通过贵金属层2和石墨烯层5向相变材料层3施加电场。在电场的作用下，相变材料层3发生相变，相变材料层3的折射率改变，从而改变了贵金属颗粒周围的介电环境，从而改变了贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长，从而改变了反射光谱，从而调控了贵金属颗粒层4的颜色。在本发明中，可以通过施加不同的电压或电场，不同程度地改变相变材料层3的折射率，从而实现宽光谱范围的颜色调控，在电控调色领域具有良好的应用前景。

在本发明中，贵金属颗粒为导体，贵金属颗粒与石墨烯层5电联通，电场施加在贵金属颗粒与贵金属层2之间，也就是在相变材料层3的贵金属颗粒处形成强电场，而该处也距离贵金属颗粒更近，因此，更多地改变了贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长，当施加的电压发生变化时，能够更灵敏地调控贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长。

更进一步地，在贵金属层2的表面设置有绝缘层，绝缘层的材料为二氧化硅，绝缘层的厚度大于10纳米、小于100纳米。绝缘层能够隔离从贵金属层2至石墨烯层5的电流，从而减少了回路中的电流，减少了电损耗。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，相变材料层3包括周期性排布的相变材料颗粒，贵金属颗粒置于相变材料颗粒上。相变材料颗粒的形状为圆盘形，贵金属颗粒置于圆盘上的中部。圆盘的直径大于贵金属颗粒的尺寸。圆盘的厚度小于1微米。这样一来，强电场更集中在相变材料颗粒处，从而更多地改变相变材料颗粒的折射率，从而更多地改变贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长，从而实现更宽频的电控调色。

实施例3

在实施例2的基础上，贵金属颗粒为圆环形。圆环形的底面为平面，以便于贵金属颗粒与相变材料层3具有更多的接触面积。相变材料颗粒的中部设有突出部，突出部伸入贵金属颗粒的内部。突出部的边缘与圆环的内侧接触，以更多地改变贵金属颗粒周围的环境；突出部的顶部与石墨烯层5接触，以便于在突出部内形成更强的电场，从而更多地改变突出部的折射率。也就是说，在圆环形贵金属颗粒的中部也设有相变材料。更进一步地，相变材料在圆环的内部与贵金属颗粒接触。这样一来，当相变材料颗粒的折射率改变时，更多地改变了贵金属颗粒周围的介电环境，从而更多地改变了贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长，从而实现更宽频的电控调色。另外，相变材料颗粒也处于更强的电场中；当电压变化时，相变材料颗粒的折射率也产生更多的变化，从而更多地改变贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长。

实施例4

在实施例3的基础上，贵金属颗粒部分地嵌入相变材料层3。但是，贵金属颗粒的底部不穿透相变材料层3。这样一来，一方面，贵金属颗粒与贵金属层2之间的距离更小，相变材料层3处于更强的电场内，从而相变材料层3的折射率改变更多，也就是说，贵金属颗粒下侧的相变材料处于更强的电场中；另一方面，贵金属颗粒部分地被相变材料包覆，当相变材料的折射率改变时，贵金属颗粒周围的介电环境改变更多，从而更多地改变贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长。这两方面的效果均导致贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长移动更多，从而实现更宽频的电控调色。

实施例5

在实施例4的基础上，相变材料层3的厚度小于50纳米，更进一步地，相变材料层3的厚度为40纳米。这样一来，贵金属颗粒能够直接与贵金属层2发生耦合，在贵金属颗粒与贵金属层2之间建立强电场，也就是说，贵金属颗粒的局域表面等离激元共振依赖于其与贵金属层2之间的耦合。通过调控相变材料层的折射率，能够调控该耦合，进而调控贵金属颗粒和贵金属层2复合结构的局域表面等离激元共振，从而实现更宽频的电控调色。

在本发明中贵金属颗粒的尺寸不做具体限制，根据所需要调控的反射光的不同波段，设计贵金属颗粒的尺寸。

在本发明中由于使用了贵金属层2，当贵金属层2为贵金属膜时，本发明只能调控反射光或对光的吸收。当贵金属层2改为石墨烯层或其他透明导电层，例如透明导电玻璃时，本发明能够电调控透射光谱。

总之，本发明通过改变贵金属颗粒附近介电环境的折射率，调控贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长。相对于改变相邻贵金属颗粒之间的距离，通过改变相邻贵金属颗粒之间的耦合调控贵金属颗粒的局域表面等离激元共振波长来说，本发明不改变任何微观形状，具有器件寿命长的优势，在电控调色方面具有良好的应用前景。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种应用相变材料的电控调色装置，其特征在于，包括基底、贵金属层、相变材料层、贵金属颗粒层、石墨烯层，所述基底的材料为绝缘材料，所述贵金属层置于所述基底上，所述相变材料层置于所述贵金属层上，所述贵金属颗粒层置于所述相变材料层上，所述贵金属颗粒层包括周期性排布的贵金属颗粒，所述石墨烯层覆盖所述贵金属颗粒层。

2.如权利要求1所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述相变材料层包括周期性排布的相变材料颗粒，所述贵金属颗粒置于所述相变材料颗粒上。

3.如权利要求2所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述相变材料颗粒的形状为圆盘形。

4.如权利要求3所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述贵金属颗粒为圆环形。

5.如权利要求4所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述相变材料颗粒的中部设有突出部，所述突出部伸入所述贵金属颗粒的内部。

6.如权利要求1-5任一项所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述贵金属颗粒部分地嵌入所述相变材料层。

7.如权利要求6所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述石墨烯层中石墨烯的层数少于10层。

8.如权利要求7所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述基底的材料为二氧化硅。

9.如权利要求8所述的应用相变材料的电控调色装置，其特征在于：所述相变材料层的厚度小于50纳米。

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