柔性光学器件、其制备方法及应用技术

本申请公开了一种柔性光学器件、其制备方法及应用。所述柔性光学器件包括取向排布的光学单元，所述光学单元包括纳米纤维、纳米棒、纳米线、光学各向异性分子或光学各向同性分子等。所述柔性光学器件可以通过倾斜滴涂取向法和拉伸取向法等多种方式构筑。本申请的柔性光学器件具有高光学活性，制备方法简单、成本低；并且，本申请的柔性光学器件可以具有多层组装结构，通过控制其中结构层的数量、取向方向的夹角等和/或施以加热、酸碱等外部刺激，可以实现对其CD光谱峰强度、位置以及信号正负的精细调节。调节。调节。

【技术实现步骤摘要】
柔性光学器件、其制备方法及应用


[0001]本申请具体涉及一种柔性光学器件、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]具有高光学活性和机械可变形性(如弯曲，拉伸)的大尺度柔性薄膜在3D光学显示，生物传感，基于偏振的信息加密上具有广泛的应用价值。传统的手性光学器件都是由非线性光学晶体和无机材料构成，一般都很坚硬易碎。最近，在纳米构建上的进展，使得在各种具有巨大光学活性的手性无机纳米结构和超材料构筑的兴起。然而构建过程一般很繁琐，耗费时间并且成本较高。此外，超材料一般都是构建在坚固的平面基底上，使得其不适合在需要机械可变形和曲面基底上的应用。与无机材料不一样的是，有机和聚合物材料一般都是柔性、易加工和化学可调的。然而，绝大多数手性有机和聚合物材料在可见光区域表现出较弱的光学响应(g
abs
＜0.1)，主要归因于分子和可见光之间的尺度不匹配。因此，非常需要以可行且经济的方式开发具有高光学活性、机械变形能力和可定制的手性光学特性的柔性聚合物薄膜。以扭曲的方式叠加两层或多层材料最近已经发展成为制造手性纳米结构和超材料的流行策略。一般来说，扭曲堆叠会产生宏观手性，可以将其传递到纳米级甚至分子级，从而产生许多有趣和新颖的现象。例如，通过扭曲堆叠金属纳米线制备手性光子晶体等。与已有的双层同质结构相比，将不同的各向异性层叠加成异质结构可能是一种有效的方法，不仅可以进一步大大提高手性膜的光学活性，而且可以使其具有更大的操纵光学活性的自由度。然而，迄今为止，制备具有巨大手性响应的双层异质结构薄膜(gabs＞1.5)的尝试鲜有报道。

技术实现思路

[0003]本申请的主要目的在于提供一种柔性光学器件、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。
[0004]为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：
[0005]本申请的一个方面提供了一种柔性光学器件，其包括多个取向排布的光学单元，所述光学单元包括线性纳米结构、光学各向异性分子或光学各向同性分子。
[0006]进一步的，所述柔性光学器件包括由多个所述光学单元组成的光学手性膜。
[0007]本申请的另一个方面提供了一种柔性光学器件的制备方法，其包括：至少采用倾斜滴涂取向法或拉伸取向法使多个光学单元在基底上取向排布。
[0008]本申请的再一个方面提供了一种柔性光学器件的调制方法，所述柔性光学器件包括层叠设置的第一结构层和第二结构层，所述第一结构层和第二结构层均具有各向异性，并且所述第一结构层和第二结构层中的至少一者包括沿指定方向取向排布的多个光学单元；
[0009]并且，所述调制方法包括：
[0010]调整所述第一结构层和/或第二结构层的厚度；
[0011]或者，调整所述第一结构层和/或第二结构层中光学单元的数量和/或分布密度；
[0012]或者，调整所述第一结构层和第二结构层的相对位置，使所述第一方向与第二方向形成设定的夹角。
[0013]本专利技术的又一个方面提供了所述柔性光学器件在防伪、激光显示或圆偏振调制器件领域的应用。
[0014]相较于现有技术，本申请至少具有如下优点：
[0015](1)提供了一种简单、低成本的策略，通过构建扭转取向阵列来实现高光学性的柔性光学器件，特别是复合膜光学器件。
[0016](2)提供的柔性光学器件具有高光学活性，且制备方法简单、成本低。
[0017](3)提供的柔性光学器件可以具有多层组装结构，通过控制多层组装结构取向方向的夹角以及不同相态的组装结构叠加，可实现对CD光谱峰强度、位置以及信号正负的精细调节。
[0018](4)提供的柔性光学器件还可通过控制外部刺激如加热、酸碱等，实现对CD光谱峰强度、位置以及信号正负的精细调节。
附图说明
[0019]通过参考附图会更加清楚地理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制。
[0020]图1为本申请一实施方式中一种柔性光学器件的制备工艺原理图。
[0021]图2为本申请一实施方式中一种具有多层组装结构的柔性光学器件的构建工艺原理图。
[0022]图3是实施例1中制得的高度各向异性单层PDA薄膜的偏光显微镜照片。
[0023]图4是实施例1中制得的高度各向异性单层PDA薄膜的原子力显微镜照片。
[0024]图5是实施例1中一种多层组装的聚二乙炔薄膜的圆二色谱仪(CD)表征图谱。
[0025]图6是实施例1中一种多层组装的聚二乙炔薄膜的CD表征信号随膜叠加角度的变化曲线图。
[0026]图7是实施例1中一种多层组装的聚二乙炔薄膜的圆偏振发光的不对称因子测试图。
[0027]图8是实施例1中一种多层组装的聚二乙炔薄膜的圆偏振发光的不对称因子随膜叠加角度的变化曲线图。
[0028]图9是实施例1中一种不同相态叠加的聚二乙炔薄膜的实测与模拟CD信号图。
[0029]图10a示出了实施例1中将红绿蓝三基色的光进行两两组合并通过相对应的CCW组合膜，分别在左旋、右旋圆偏振片下得到的颜色切换效果。
[0030]图10b示出了与图10a对应的激光光路图。
[0031]图10c为基于颜色切换得到的色度图。
[0032]图11a是实施例1中一种多层组装的聚二乙炔薄膜的构建工艺原理图。
[0033]图11b示出了图11a中所构建的不同相态下聚二乙炔薄膜对左右旋圆偏振光选择性反射后的颜色变化。
[0034]图12是实施例1中不同曲率半径的聚二乙炔薄膜的CD测试图；
[0035]图13是实施例1中对曲率半径为1的一种聚二乙炔薄膜的不同位置的CD测试图；
[0036]图14a
‑
图14b分别是实施例1中为以平面和曲面为衬底的图案变化图；
[0037]图15a示出了实施例2中同质结构光学手性膜的构建工艺原理以及相应的g值光谱。
[0038]图15b示出了实施例2中异质结构光学手性膜的构建工艺原理以及相应的g值光谱。
[0039]图16a
‑
图16d分别是实施例2中异质结构光学手性膜的CD测试图。
[0040]图17是实施例3中以PVA为上层，以无机银纳米线为底层的异质结构光学手性膜的CD测试图。
[0041]图18是实施例4中以PVA为上层，以聚二乙炔为底层的异质结构光学手性膜的CD测试图。
具体实施方式
[0042]如前所述，鉴于现有技术的不足，本申请提出了一种高光学性柔性光学器件的构建策略。如下将对本专利技术的具体实施方式做进一步详细描述。
[0043]本申请的一些实施例提供了一种柔性光学器件，其包括取向排布的光学单元。
[0044]在一个实施例中，所述光学单元包括线性纳米结构，例如纳米纤维、纳米棒(如金纳米棒)或纳米线(如银纳米线)等，且不限于此。
[0045]在一个实施例中，所述柔性光学器件包括光学手性膜，所述光学手性膜由多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性光学器件，其特征在于，包括多个取向排布的光学单元，所述光学单元包括线性纳米结构、光学各向异性分子或光学各向同性分子。2.根据权利要求1所述的柔性光学器件，其特征在于，所述线性纳米结构包括纳米纤维、纳米棒或纳米线；和/或，所述光学各向异性分子或光学各向同性分子包括染料分子；和/或，所述柔性光学器件包括层叠设置的第一结构层和第二结构层，所述第一结构层和第二结构层均具有各向异性，并且所述第一结构层和第二结构层中的至少一者包括沿指定方向取向排布的多个光学单元；优选的，所述第一结构层包括沿第一方向取向排布的多个第一光学单元，所述第二结构层包括沿第二方向取向排布的多个第二光学单元，并且所述第一方向与第二方向成0～180
°
的夹角。3.根据权利要求2所述的柔性光学器件，其特征在于：所述线性纳米结构的材质包括聚二乙炔或其衍生物；和/或，所述染料分子包括偶氮染料；和/或，所述第一结构层与第二结构层是相同材质的，或者，所述第一结构层与第二结构层是不同材质的，且所述第一结构层、第二结构层分别为线性双折射层、线性二向色性层；和/或，所述第一方向与第二方向成大于0且小于180
°
的夹角；和/或，所述柔性光学器件的形态包括柔性膜；和/或，所述柔性光学器件包括光学手性膜，所述光学手性膜包括多个所述光学单元；和/或，所述的柔性光学器件还包括基材，所述光学单元分布在所述基材上；和/或，所述柔性光学器件至少具有如下的任一种特性：对不同波长的圆偏振光选择性透过；对左右旋圆偏振光选择性反射；能对不同波长的光的偏振和相位进行调制，从而形成不同旋向的椭圆偏振光。4.根据权利要求3所述的柔性光学器件，其特征在于：所述染料分子包括直接黄、刚果红、甲基橙、直接蓝、直接绿、曙红y或阳离子桃红。5.一种柔性光学器件的制备方法，其特征在于，包括：至少采用倾斜滴涂取向法或拉伸取向法使多个光学单元在基底上取向排布。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于具体包括：将溶有二乙炔单体或其衍生物的溶液施加在倾斜的基底表面，干燥形成固态薄膜，再以选定波长的光进行辐照聚合，形成第一结构层，所述第一结构层包括取向排布的多根纳米纤维；或者，使多个光学各向异性分子或光学各向同性分子附着在可拉伸的基底上，再拉伸所述基底，使多个所述光学各向异性分子或光学各向同性分子取向排布，或者，将可拉伸的基底拉伸后，再使多个光学各向异性分子或光学各向同性分子附着在所述基底上，从而多个所述光学各向异性分子或光学各向同性分子取向排布；和/或，多个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢逸帆，陈忻，
申请(专利权)人：苏州机数芯微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：