磁性金屬鱗片磁控光學(xué)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(jìn)化,自然界中很多動(dòng)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(shí)別。其成色機(jī)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(jí)分級(jí)結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)色,前者被稱為化學(xué)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(xué)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(jí)結(jié)構(gòu)為目前微納加工的難點(diǎn),因此近年來由蝴蝶鱗片表面復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)而形成的結(jié)構(gòu)色引起了眾多科學(xué)家的關(guān)注和研究興趣,已報(bào)道工作包括鱗片折射指數(shù)測(cè)定、機(jī)理研究、光學(xué)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(xué),電子學(xué),磁學(xué),熱力學(xué)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(chǎng)人工控制蝶翅鱗片所處的角度和方向,甚至其運(yùn)動(dòng)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(xué)方法預(yù)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(tuán),改善蝶翅親水性;其次在蝶翅表面接種特定基團(tuán)乙二胺(進(jìn)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(xué)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(fù)制了原始蝶翅鱗片表面亞微米級(jí)三維周期性分級(jí)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(shí)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(dāng)對(duì)磁性金屬鱗片施加外磁場(chǎng)時(shí),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(chǎng)方向一致,從而呈現(xiàn)出不同顏色的反射光;當(dāng)消除外磁場(chǎng)時(shí),磁性金屬鱗片又會(huì)立即去磁而恢復(fù)到原先的狀態(tài),即磁性金屬鱗片具有磁控即時(shí)響應(yīng)特性,而且整個(gè)磁控響應(yīng)過程是可以多次重復(fù)的。基于磁性金屬鱗片的結(jié)構(gòu)色特征、即時(shí)響應(yīng)特性和可重復(fù)性特征,其在設(shè)計(jì)新的微型光學(xué)器件“磁光開關(guān)”上具有很大的潛在利用價(jià)值。此外,外加磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)連續(xù)變化可使磁性金屬鱗片做出即時(shí)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(chǎng)人工控制