【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构色材料，具体地说，涉及一种红色系金属介质结构色薄膜。
技术介绍
1、自然界中许多生物体以层次分明、有组织的方式在多个尺度和维度上进化出精细的光子纳米结构，通过对光的干涉、衍射和散射等途径呈现出绚丽的色彩。这种由结构产生色彩的显色机理被称为物理色，它是依靠材料内部的微纳结构精确地控制可见光谱中的吸收、反射或透射，从而产生特定的颜色，也称为结构色。相比于传统的有机染料和化学颜料等化学色着色技术，结构色具有饱和度高、亮度大、寿命长、绿色环保等独特的优势，因此在光学成像/显示/检测器件、防伪、车膜、彩色装饰、光学滤光片等领域具有重要的应用价值。
2、近年来，随着人们对结构色的深入研究，研究人员相继开发了基于不同超构表面和物理共振机制的结构色，如基于guidedmoderesonance(gmr)、surfaceplasmonresonance(spr)、mieresonance等多种想法。但是，上述的制备往往存在耗费时间、成本高昂、程序复杂等缺点。相比之下，基于光干涉效应的一维光子晶体多层薄膜是实现结构色的主要技术方法，也是目前在工业领域实现结构色的首选方案。这种薄膜结构色受膜层材料、膜层结构、膜层厚度或膜层周期数等的影响，如果有一个因素发生变化，颜色也会随之改变。但现有的结构色薄膜受到制备技术、f-p结构本身或材料等多种因素的限制，使得结构色色度表现并不如意，并且在制造成本以及大规模制造方面不具备优势。在目前各种滤色方案中，由于受到红色长波段的限制，实现高饱和的红色一直是结构色研究中的一个难点问题。因此，
3、在相关专利cn111761897a、cn112505813a中通过全介质薄膜及cn113759454a中采用采用全硅类材料来实现结构色薄膜，但都涉及到较为复杂的膜系结构，需要堆栈较厚的膜层，且实现红色系结构色的效果并不理想。在相关专利cn105137518a中提出了采用金属介质金属薄膜来实现透射型的颜色滤光片，基于介质薄膜折射率可调的特性，通过特定结构实现对可见光波段的特定吸收从而实现特定的波段的较高透过率，其透过峰值仅达到40％左右。在相关专利cn103744138a、cn110412672b中通过纳米圆孔阵列或者纳米圆柱阵列使得可见光在材料的表面处耦合共振，实现高反射和高吸收，从而显示出特定的颜色。但这类方法往往需要使用反应离子刻蚀、湿法刻蚀、原子层沉积、光刻等非常复杂的制备工艺。相比之下，仅通过电子束蒸发就可以获得结构色薄膜，这种方法制备简单、成本低、环境友好，更具有规模生产的可能性。
4、目前，使用金属介质来实现红色系结构色薄膜的还未被研究开发，考虑到这种方法具有制备成本低、工艺难度高、饱和度高等优点，同时也解决设计高饱和的红色系结构色难等问题，其在车膜、印刷、涂料、光学显示、光电探测等领域具有重要的应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种红色系金属介质结构色薄膜，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种红色系金属介质结构色薄膜，自下而上包括：衬底、反射金属层、介质层、半透金属层和顶部导纳匹配层，具体请参阅图1所展示的结构示意图。
3、作为本技术方案的进一步改进，所述衬底采用聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、不锈钢、k9玻璃、氟化钙玻璃、氟代乙基丙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的一种；
4、所述衬底采用比例为7:3的酒精与丙酮的混合液擦拭干净，确保膜层的致密度以及粘结力。
5、作为本技术方案的进一步改进，所述金属反射层采用金、银、铝、锡、铂和铝硅铜合金中的一种或多种组成的合金，反射金属层具有稳定的化学特性和高反射率特性。
6、作为本技术方案的进一步改进，所述介质层采用氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种，介质层具有稳定的化学特性、高折射率和可见光低吸收特性。
7、作为本技术方案的进一步改进，所述半透金属层采用硅、铪、锗和铌中的一种或多种组成的合金，半透金属层具有中性金属特性，折射率和消光系数接近。
8、作为本技术方案的进一步改进，所述顶部导纳匹配层采用碳、硅中的一种或两者组合，顶部导纳匹配层可实现可见光短波的低反射特性。
9、作为本技术方案的进一步改进，采用干式沉积或湿式沉积的方法制备红色系金属介质结构色薄膜；其中：
10、干式沉积包括物理气相沉积法和化学气相沉积法；其中所述物理气相沉积法包括磁控溅射沉积、电子束蒸发、离子束溅射沉积和电子束蒸发+离子辅助沉积结合的方法；
11、湿式沉积包括溶胶凝胶工艺、湿化学沉积工艺和旋涂工艺。
12、本专利技术专利的红色系结构色薄膜具体使用到了铝硅铜合金、氮氧化铝、铪硅合金、碳薄膜。反射金属层选用铝硅铜合金，物理厚度均设置为100nm，其作用为提供较高的反射率；同时，吸收对红色的颜色纯度影响较大的短波，从而提高红色的颜色纯度。介质层选用氮氧化铝，其具有稳定的化学特性、可见光低吸收特性以及高折射率(1.7-1.8)，可以产生在红色波段650nm-700nm的强干涉相长效应，最终实现红色波段的高反射。半透金属层选用铪硅合金，该材料在可见光波段的折射率为3.2-3.3左右，消光系数为2.0左右，折射率和消光系数接近，具有中性金属特性，进一步降低短波剩余反射，提高颜色纯度。顶部吸收层选用碳薄膜，可以实现短波的导纳匹配，进一步降低400nm-600nm波段的剩余反射，最终呈现高饱和的红色颜色特性。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
14、该红色系金属介质结构色薄膜中，创新性的使用金属介质来构建薄膜结构色器件。该器件的反射层金属具有稳定的化学特性和高反射率特性；介质层具有稳定的化学特性、高折射率和可见光低吸收特性；半透金属具有中性金属特性，折射率和消光系数接近；最外层导纳匹配层实现可见光短波的低反射特性。本专利技术在红色波段650nm-700nm实现高反射，反射率在50％-70％，将400nm-580nm蓝色、绿色和黄色光谱波段的反射率均压低至10％以下，整体呈现高饱和度的红色效果。此外，在该设计中，衬底、反射金属层、介质层、半透金属层以及顶部导纳匹配层都提供了多种材料可以灵活选择；此外，保持结构和材料不变，只需要微调膜层的厚度，就可以获得不同饱和度的红色，结构具有高度通用性。与以往的研究相比，该方案具有绿色环保、成本低、无需复杂工艺、易于大规模生产等优点，在光显示、彩色装饰以及防伪领域有很好的应用前景，有望作为一种绿色新型的着色策略替代传统的化学染料，为绿色环保的印刷技术提供了一种新颖的实现方案。
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1.一种红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于，自下而上包括：衬底(1)、反射金属层(2)、介质层(3)、半透金属层(4)和顶部导纳匹配层(5)。
2.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述衬底(1)采用聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、不锈钢、K9玻璃、氟化钙玻璃、氟代乙基丙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述金属反射层采用金、银、铝、锡、铂和铝硅铜合金中的一种或多种组成的合金。
4.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述介质层(3)采用氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种。
5.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述半透金属层(4)采用硅、铪、锗和铌中的一种或多种组成的合金。
6.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述顶部导纳匹配层(5)采用碳、硅中的一种或两者组合。
7.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：采用干式沉积或湿式沉积的方
8.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述衬底(1)采用比例为7:3的酒精与丙酮的混合液擦拭干净。
...【技术特征摘要】
1.一种红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于，自下而上包括：衬底(1)、反射金属层(2)、介质层(3)、半透金属层(4)和顶部导纳匹配层(5)。
2.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述衬底(1)采用聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、不锈钢、k9玻璃、氟化钙玻璃、氟代乙基丙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述金属反射层采用金、银、铝、锡、铂和铝硅铜合金中的一种或多种组成的合金。
4.根据权利要求1所述的红色系金属介质结构色薄膜，其特征在于：所述介质层(3)采...
【专利技术属性】
技术研发人员：周大坚，
申请(专利权)人：广东晟铂纳光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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