磁性金屬鱗片磁控光學響應(yīng)效應(yīng).pdf

1、為了適應(yīng)環(huán)境和生存的需要,經(jīng)過上百萬年的自然進化,自然界中很多動物的身體部分呈現(xiàn)出絢麗的顏色,用于吸引異性、偽裝和物種識別。其成色機理主要有兩種方式:色素顏料顆粒成色和三維周期性亞微米級分級結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)色,前者被稱為化學色,后者被稱為物理色。有研究表明,蝴蝶翅膀艷麗的顏色就是一種結(jié)構(gòu)色,其主要由薄膜干涉效應(yīng)、多層干涉效應(yīng)、光柵衍射效應(yīng)、光子晶體效應(yīng)和光散射效應(yīng)等基本光學效應(yīng)共同作用產(chǎn)生的。這種微觀結(jié)構(gòu)賦予了蝴蝶鱗片典型的結(jié)構(gòu)色特征,即

2、鱗片在不同方向上可呈現(xiàn)出不同的顏色。
　　由于三維亞微米分級結(jié)構(gòu)為目前微納加工的難點,因此近年來由蝴蝶鱗片表面復雜微觀結(jié)構(gòu)而形成的結(jié)構(gòu)色引起了眾多科學家的關(guān)注和研究興趣,已報道工作包括鱗片折射指數(shù)測定、機理研究、光學模擬及如何用模板法人工制備三維光子晶體結(jié)構(gòu)。同樣,蝴蝶鱗片上的微觀結(jié)構(gòu)在光學,電子學,磁學,熱力學和催化方面的應(yīng)用也得到了廣泛的研究,但研究人員卻很少關(guān)注過將鱗片結(jié)構(gòu)色應(yīng)用到光控制領(lǐng)域。
　　在此,本文提出一種新

3、的理念,將鱗片上的結(jié)構(gòu)色和磁性相結(jié)合,通過外加磁場人工控制蝶翅鱗片所處的角度和方向,甚至其運動狀態(tài),使鱗片結(jié)構(gòu)色特征應(yīng)用于光控制領(lǐng)域。首先選用具有艷麗結(jié)構(gòu)色的異型紫斑蝶和大紫蛺蝶的蝶翅背部鱗片作為模板,通過化學方法預處理蝴蝶翅膀,去除蝶翅表面存在的雜質(zhì)顆粒和蛋白質(zhì)顆粒,初步增加蝶翅表面的親水性基團,改善蝶翅親水性;其次在蝶翅表面接種特定基團乙二胺(進一步增加蝶翅親水性),螯合金離子 Au3+,并利用硼氫化鈉將螯合的金離子還原,得到金原子

4、活化的蝶翅鱗片;最后將金原子活化的蝶翅浸入金屬Co無電沉積液,通過化學原位合成技術(shù)在蝶翅鱗片表面鍍覆一層厚度均勻的磁性金屬Co。金屬Co原位沉積后,金屬單鱗片完美地復制了原始蝶翅鱗片表面亞微米級三維周期性分級結(jié)構(gòu),盡管鍍鈷鱗片的顏色與原始鱗片顏色略有不同,但磁性金屬鱗片保留了結(jié)構(gòu)色特征,即磁性金屬鱗片同時兼具磁性和結(jié)構(gòu)色兩種特征。
　　磁性金屬鱗片的磁化矯頑力較弱,易于磁化和去磁。當對磁性金屬鱗片施加外磁場時,鱗片可以做出響應(yīng),調(diào)

5、整自己的狀態(tài),以保持自己的角度和方向與外磁場方向一致,從而呈現(xiàn)出不同顏色的反射光;當消除外磁場時,磁性金屬鱗片又會立即去磁而恢復到原先的狀態(tài),即磁性金屬鱗片具有磁控即時響應(yīng)特性,而且整個磁控響應(yīng)過程是可以多次重復的。基于磁性金屬鱗片的結(jié)構(gòu)色特征、即時響應(yīng)特性和可重復性特征,其在設(shè)計新的微型光學器件“磁光開關(guān)”上具有很大的潛在利用價值。此外,外加磁場動態(tài)連續(xù)變化可使磁性金屬鱗片做出即時響應(yīng)并連續(xù)調(diào)整自身的狀態(tài),如果可以通過外加磁場人工控制