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实现具有可控带宽的新型镁基反射型滤光膜
军工资源网    2019-12-16 02:56:50    文字:【】【】【

前言

镁基金属玻璃纳米薄膜材料以其高强度重量比,轻质低密度以及出色的生物相容性等特点,在改善机械性能和新型的功能性应用上得到越来越多的关注。2017年,香港城市大学吕坚教授课题组成功研发了具有双相纳米结构的镁基超纳薄膜,该材料表现出了近乎理论值的高强度。该成果于2017年作为封面文章发表于NATURE而后,基于镁基超纳双相薄膜的基础上,吕坚教授课题组研发了一种新型镁基反射型滤光薄膜,打破了常规的反射型金属基滤光膜片多层介电膜多次沉积的复杂工艺,解决了材料膜层之间由于热膨胀系数的差异所导致的应用面积和机械性能受到限制的问题。并且通过调控镁基薄膜的成分和工艺使其同时拥有极高的色彩饱和度以及良好的机械性能,可以在光学显示设备,结构彩色印刷,家用电子产品,光电探测器,太阳能电池,汽车部件等领域大面积应用。

成果简介

香港城市大学吕坚教授(通讯作者)课题组提出采用一步磁控溅射沉积的方法,在高强镁基超纳薄膜(2017年NATURE 封面文章,DOI: 10.1038/nature21691)制备的基础上,成功获得了可大面积应用的全色彩镁基反射滤光膜片。其具有极高的色彩饱和度和优异的机械性能。本文中,新型镁基反射型彩色滤光片尺寸为2 cm×2 cm,实现了全可见光光谱色彩,并且具有9.12 GPa的高硬度,该新型镁基彩色滤光片具有光学常数可控的吸收层和具有镁基金属玻璃反射层。可以通过调整吸收层的光学常数和厚度来控制所呈现的颜色的饱和度和色彩。另外,由于金属玻璃反射层与吸收体层来自于相同的材料靶源,所以该滤光片具有很高的膜基结合力,而在镁基金属玻璃反射层优异的机械性能的支持下也提高了该反射滤色器的整体硬度。该新型镁基反射型滤光片为大面积彩色滤光装置制造提供了广阔的应用前景。相关研究结果发表在Advanced Optical Materials上,DOI: 10.1002/adom.201901626, 文章的第一作者为卜钰(香港城市大学博士研究生)。

图文导读

图1,a) 镁基反射型滤光片对应于可见光谱彩色;b) 镁基薄膜截面高分辨透射电镜分析以及对应于吸收层(右上)和反射层(右下)的高分辨投射电镜分析

图2,(a) 镁基反射型滤光膜结构(b)薄膜干涉原理示意图,(c)(d) 不同吸收层厚度样品的CIE1931色度图及反射光谱

图3,(a)(b)不同含氧量吸收层样品的反射光谱,(c)不同工艺条件下对应的反射滤光膜照片(d) 镁基反射滤光膜的实验及理论模型CIE1931色度图分布

图4,镁基反射型滤光片角度依赖性分析

文献链接:Full-Color Reflective Filters in a Large Area with a Wide-Band Tunable Absorber Deposited by One-Step Magnetron Sputtering (Advanced Optical Materials, 2019, 1901626. DOI: 10.1002/adom.201901626)

吕坚教授简介

吕坚教授现任香港城市大学(研究及科技)副校长及研究生院院长,机械工程学院讲座教授,先进结构材料研究中心主任,香港工程科学院院士,法国国家技术科学院士。2006年及2017年曾两次获得由法国总统亲自任命的“法国政府颁授法国国家荣誉骑士勋章”及“法国国家荣誉军团骑士勋章”,2018年获得“中国工程界最高奖”第十二届光华工程科技奖。吕坚教授的研究方向涉及先进纳米结构材料的制备和力学性能,实验力学,材料表面工程和仿真模拟,生物与仿生材料力学,航空航天材料与结构预应力工程,3D打印先进材料与产品集成设计等。

本文由香港城市大学吕坚教授课题组供稿。

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