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逆向反射结构着色

发布:HPLlaser    |    2019-08-14 18:56    阅读:149
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目前,来自中国和美国的光学科学家已经研制出一种廉价,简单但有趣的材料,人眼可以在各种角度上看到材料的可调节的结构色,该材料可用于公路限速标志,广告牌上的逆向反射显示器。该研究小组表示,这种材料,基本上是一块涂有单层聚合物微球的透明胶带,可用于公路安全,防伪技术等。

逆向反射性的颜色问题

多年来,道路标志使用微小的嵌入式玻璃珠,当标志被接近的汽车前灯照亮时,增加了逆向反射光。通常,通过逆向反射层下面的染料和颜料将颜色添加到这些标记中。然而,这些颜色随着时间的推移会逐渐消失,可能会产生有害物质,并且缺乏根据视角给出不同响应的能力。

目前,一种结构着色材料,其颜色来自材料中纳米结构的干涉效应,如在蝴蝶翅膀上微小尺度的花纹上产生鲜艳色彩,原则上可以为这种逆向反射标志添加一系列彩虹色。虽然结构着色研究近年来一直是纳米科学的一个活跃领域,也有一些非常亮眼的研究成果,但是彩虹色结构颜色往往只能在靠近的照明光的入射角有限角度范围内观察到,这对其实际应用是一个不小的问题。

可产生彩虹色的胶片材料。

磁带上的微球

新研究背后的团队,包括中国上海复旦大学的科学家Limin Wu领导,以及美国布法罗的纽约州立大学,通过塑造结构来找到解决这些困难的方法。彩色胶片表面上看,非常简单。研究人员首先使用先前开发的廉价化学方法——胶体装配,在聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)基底上放置单层市售的15μm直径的微球。然后,他们使用一片透明粘合剂“胶带”,厚度约为40微米,将排列的微球拉离基材。

薄的,透明的微球嵌入粘合剂材料片,当被漫射光(例如阳光或来自白炽灯泡的光)照射时保持透明。然而,当通过定向光照亮时,例如白色LED手电筒,先前透明的胶带反射出明亮,稳定的蓝色。该团队还发现,虽然均匀的蓝色反射在同轴光中可见,即当照明方向和观察者的视角相同时;但当观察者以不同的角度观察时,逆向反射光产生彩虹色变化。在广泛的角度范围内的照明角度。并且可以通过改变所用微球的尺寸来调节反射的颜色和颜色效果。

变色的道路安全标志

研究人员通过光学显微镜在700倍放大倍数下研究它来研究材料的特性。他们认为,这种薄膜不寻常的颜色特性可以通过先前未确定的干涉反光反射机制来解释,该机制不仅涉及微球的作用,还涉及球体和粘性层之间形成的微小均匀气隙的存在。如果间隙尺寸合适,则特定波长的光可以通过全内反射传播通过它,从而在逆向反射光中产生干涉引起的颜色。

该研究的作者汇总了许多例子,以表明逆向反射材料的可能应用。一个例子(这个故事的顶部图像)是一个限速标志,顶部是结构色逆向反射带,并用白色LED灯直接照亮。当夜间驾驶员快速接近然后通过标志时,它的颜色会从驾驶员的视角转移到标志的消息,这是因为胶片增加了与角度相关的结构颜色。这种被动闪烁的彩色图像,可以作为道路使用者的交互式警告信号,以提高他们对速度限制或其他道路危险和事故的意识。

研究人员认为,这种组合采用了新的胶片——具有鲜艳的逆向反射色彩,彩虹色/非彩虹色效果,在不同的照明和观察条件下具有宽视角,以及广泛的色彩稳定性——与其他迄今为止天然和合成结构展示的彩色产品区别开来。他们还指出,材料制作起来应该很便宜,并且可以扩展到大面积的标志和显示器。他们认为,这可以使其适用于从防伪标签到交通指示器到夜间广告等应用。

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