本發(fā)明涉及一種微型動態(tài)調(diào)色裝置。

背景技術(shù)：

新型光電元器件的微型化、小型化已經(jīng)成為一種趨勢，在特定領(lǐng)域展現(xiàn)出了非常重要的應(yīng)用前景，其對實(shí)現(xiàn)高性能高分辨率的輕薄便攜式光電器件系統(tǒng)至關(guān)重要。

其中，濾色裝置是很多光電功能器件中非常重要的一個部件，對其實(shí)現(xiàn)微型化、小型化同樣具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用價值。

雖然人們可以通過復(fù)雜的微加工工藝來進(jìn)行微型化濾色功能部件的制造，具體步驟通常包括光刻膠涂覆、曝光、顯影和硬化工藝，但是基于微加工工藝會造成污染以及工藝流程的復(fù)雜高成本；此外，制備的濾色功能部件所能產(chǎn)生的顏色是確定的，不會隨著不同需求而發(fā)生改變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，基于表面等離子體技術(shù)，提出一種微型動態(tài)調(diào)色裝置。

技術(shù)方案：一種微型動態(tài)調(diào)色裝置，包括一個具有電潤濕功能的微型圓柱形腔體，以及在所述微型圓柱形腔體內(nèi)的油相流體、水相流體，以及位于油水兩相流體界面的單一金屬納米顆粒；所述金屬納米顆粒通過利用表面等離子現(xiàn)象選擇性透射特定波長的光來輸出所對應(yīng)的顏色；同時通過調(diào)整電潤濕功能所施加電壓的大小，對所述金屬納米顆粒周圍兩相流體介質(zhì)材料分布形態(tài)進(jìn)行可回復(fù)的動態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)所輸出顏色的相應(yīng)調(diào)整。

進(jìn)一步的，所述具有電潤濕功能的微型圓柱形腔體的內(nèi)側(cè)壁以及底部分別設(shè)置有獨(dú)立電極，所述內(nèi)側(cè)壁的獨(dú)立電極表面覆蓋有疏水介質(zhì)層。

進(jìn)一步的，所述微型圓柱形腔體內(nèi)側(cè)壁的所述獨(dú)立電極為環(huán)形電極，所述油相流體和水相流體形成的油水兩相界面的邊緣與所述疏水介質(zhì)層始終保持接觸。

進(jìn)一步的，所述疏水介質(zhì)層由單層疏水材料構(gòu)成或由介質(zhì)材料表面覆蓋疏水材料構(gòu)成。

進(jìn)一步的，所述單一金屬納米顆粒通過表面親水、疏水功能團(tuán)的修飾，于所述油水兩相界面處穩(wěn)定分布。

進(jìn)一步的，通過對所述單一金屬納米顆粒種類、形狀、粒徑進(jìn)行選擇來改變其對初始透射波長產(chǎn)生影響，來實(shí)現(xiàn)不同的初始顏色。

進(jìn)一步的，所述金屬納米顆粒由導(dǎo)電材料形成，所述導(dǎo)電材料包括鋁，金，銀，鋅，鉬，鉑，鎳，鈀，鐵，銅，鉻，碳納米管，摻雜半導(dǎo)體器件，導(dǎo)電塑料，富勒烯，以及導(dǎo)電復(fù)合材料，或其混合物中的至少一種。

有益效果：本發(fā)明的一種微型動態(tài)調(diào)色裝置，能夠通過電潤濕原理調(diào)整水相流體在側(cè)壁表面的浸潤特性，從而實(shí)現(xiàn)對油水兩相界面曲率的快速、可回復(fù)調(diào)整。此外，金屬納米顆?？赏ㄟ^利用表面等離子體選擇性透射特定波長的光來輸出所希望的顏色。由于透射波長受到金屬納米顆粒周圍兩相流體介質(zhì)材料分布形態(tài)的影響，因此可以通過電潤濕原理，對金屬納米顆粒周圍兩相流體介質(zhì)材料分布形態(tài)進(jìn)行快速、可回復(fù)的動態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)濾色光波在寬光譜范圍內(nèi)快速、可回復(fù)調(diào)整。

附圖說明

圖1為本發(fā)明微型動態(tài)調(diào)色裝置在初始狀態(tài)下，油水界面形狀呈現(xiàn)凸形界面時器件剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明微型動態(tài)調(diào)色裝置在電潤濕電壓作用下，油水界面形狀呈現(xiàn)凹形界面時器件剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1、2所示，一種微型動態(tài)調(diào)色裝置，包括了一個具有電潤濕功能的圓柱形腔體10，圓柱形腔體10的直徑為200納米至20微米之間，以及在該圓柱形腔體10內(nèi)的油相流體20、水相流體30，以及均勻分布于油水兩相流體界面的單一金屬納米顆粒40。油相流體20為任意非水溶性的非極性流體；水相流體30為任意非油溶性的極性流體。單一金屬納米顆粒40通過利用表面等離子體選擇性透射特定波長的光來輸出所希望的特定顏色。同時通過調(diào)整電潤濕功能所施加電壓的大小，對單一金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質(zhì)材料分布形態(tài)進(jìn)行快速、可回復(fù)的動態(tài)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)所輸出顏色的相應(yīng)調(diào)整。

具體的，圓柱形腔體10的內(nèi)側(cè)壁11以及底部12分別設(shè)置有獨(dú)立電極13和獨(dú)立電極14，圓柱形腔體內(nèi)側(cè)壁的電極為環(huán)形電極。該環(huán)形電極表面覆蓋有一層疏水介質(zhì)層15，該疏水介質(zhì)層15由單層疏水材料構(gòu)成或者由介質(zhì)材料表面覆蓋疏水材料構(gòu)成。在對電機(jī)施加調(diào)整電壓的過程中，環(huán)形電極以及疏水介質(zhì)層的尺寸需確保油相流體和水相流體形成的油水兩相界面的邊緣與疏水介質(zhì)層15始終保持接觸。底部的獨(dú)立電極13可以為任意形狀，優(yōu)選為設(shè)置在底部12中央位置。其中，疏水介質(zhì)層15的疏水材料包括含氟聚合物，例如特氟龍；而介質(zhì)材料包括二氧化硅，氮化硅，聚二甲基硅氧烷PDMS，SU-8等各類有機(jī)或者無機(jī)材料薄膜。

單一金屬納米顆粒40由導(dǎo)電材料形成，導(dǎo)電材料包括鋁Al，金Au，銀Ag，鋅Zn，鉬Mo，鉑Pt，鎳Ni，鈀Pd，鐵Fe，銅Cu，鉻Cr，碳納米管，摻雜半導(dǎo)體器件，導(dǎo)電塑料，富勒烯，以及導(dǎo)電復(fù)合材料，或其混合物中的至少一種。單一金屬納米顆粒可通過表面親水、疏水功能團(tuán)的修飾，于油水兩相流體界面處穩(wěn)定分布，即相對油水兩相流體界面的位置是穩(wěn)定的。

通過在獨(dú)立電極13和獨(dú)立電極14之間施加電壓，在電潤濕效應(yīng)作用下，水相流體30在疏水介質(zhì)層15表面的接觸角會發(fā)生減小，并且接觸角的減小幅度與所施加的電壓值成正相關(guān)。如圖1所示，在未施加電壓時，水相流體30在疏水介質(zhì)層15表面的接觸角接近180°，油水兩相流體界面的形狀呈現(xiàn)凸形界面；隨著電壓的增加，接觸角逐步減小至遠(yuǎn)小于90°，油水兩相流體界面的形狀發(fā)生了從凸形到凹形的連續(xù)變化，如圖2所示；即在電壓增加的過程中，單一金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質(zhì)材料分布形態(tài)發(fā)生了巨大變化。而當(dāng)金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質(zhì)材料分布形態(tài)發(fā)生變化時，通過表面等離子體透射的波長也會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)濾色光波在寬光譜范圍內(nèi)的調(diào)整。

我們可以通過選擇油相流體20、水相流體30、以及金屬納米顆粒40的種類等參數(shù)，在金屬納米顆粒40周圍兩相流體介質(zhì)材料分布形態(tài)發(fā)生盡可能大的變化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)寬光譜的調(diào)節(jié)。與此同時，由于電潤濕效應(yīng)是純電驅(qū)動，且流體形變反應(yīng)速度很快，可以實(shí)現(xiàn)每秒50次以上的調(diào)節(jié)，在此過程中油水界面形狀在電潤濕效應(yīng)作用下可發(fā)生從凸形界面到凹形界面之間的連續(xù)可回復(fù)變化，因此具備實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)濾色波長的功能，適用于視頻彩色顯示應(yīng)用。此外，單一金屬納米顆粒種類、形狀、粒徑的改變都會對初始透射波長產(chǎn)生影響，從而可以通過選擇不同的金屬納米顆粒來實(shí)現(xiàn)不同的初始顏色。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。