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宁波材料所在飞秒激光诱导产生结构色研究方面取得进展
作者:,日期:2021-08-19

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  颜色以化学色和结构色两种方式存在,不同于通过色素对光的吸收或反射而获得的化学色,结构色是通过特定的微纳结构对光的散射、衍射及干涉等共同作用产生。在多彩的自然界中,生物体由于本身结构而呈现出的结构色在感知环境信息(湿度、危险)、信息交流(求偶)等方面发挥着重要的作用。

  近期,中国科学院宁波材料技术与工程研究所激光与智能能量场制造团队张文武研究员与澳大利亚斯威本科技大学Saulius Juodkazis教授合作通过调控飞秒激光的偏振,优化设计不同偏振的飞秒激光加工区域,在硅材料表面加工诱导出能够呈现结构色的周期性微纳结构。由于飞秒激光具有超高的峰值功率及“冷加工”特性,在加工分辨率、加工精度等方面有独特的优势。基于飞秒激光变偏振加工,可在硅材料表面诱导出四种不同方向的周期性微纳结构。通过改变观测角度或旋转被加工样品,可以观察到不同结构色的图案或具有相同结构色的不同图案。相对于化学色,结构色具有清洁环保、永不褪色、颜色可控、偏振可调等优点,在信息存储、防伪、多彩显示等领域具有广阔的应用前景。

  科研人员系统研究了飞秒激光扫描路径及偏振对硅材料表面诱导产生周期条纹结构方向的影响,通过合理优化飞秒激光扫描参数及设计加工区域,成功实现了同一区域内不同图案的加工及结构色展示。基于材料表面周期性微纳结构产生的结构色具有很好的稳定性,研究人员通过概念性验证,进一步展示了结构色在信息存储、防伪等领域的应用。

  该工作以“Dynamic Structural Color Display Based on Femtosecond Laser Variable Polarization Processing”为题发表在Adv. Mater. Interfaces, 2021, DOI:10.1002/admi.202100460。博士研究生吴培超和博士后曹小文为论文的共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金(51901236)、浙江省博士后科研择优(zj2019166)、宁波市自然科学基金(2019A610168)等项目的资助。

图1 改变观测角度,被加工样品呈现出不同的结构色

图2 飞秒激光在同一区域通过变偏振加工出四种不同的二维码,呈现出不同的图案或结构色

  (先进制造所 吴培超)

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