银纳米结构在彩色成像技术中的应用研究文献综述

 2022-10-27 10:30:17
  1. 文献综述（或调研报告）：

光和金属纳米的相互作用可以产生等离激元共振现象。现在，彩色等离激元相关的工程正在迅速发展，吸引了众多研究者的兴趣，与之相关的技术发展前景良好。本综述调研了银纳米结构和材料在图案设计和印刷方面的研究现状，探讨了提高银纳米材料染料稳定性等颜色性能的方法，

如今，人们对图像显示的性能要求越来越高，色彩的优劣影响人们对世界的认知，也在一定程度上影响了人们的生活质量。颜色是光与材料与大脑共同作用的产物。光到达物体表面时，发生反射，散射，衍射和吸收等现象。在自然界中，各种天然材料对不同波长的光发生不同强度的反射或散射，从而产生丰富的色彩。其中，一些色彩是来源于其表面的微结构的。例如：蓝闪蝶的翅膀颜色来源于其翅膀表面的特殊微结构1。自然界中有一种白色圣甲虫，其超乎寻常的白色外壳也来自其表面结构的作用2。人类社会其实也在很久以前开始就开始使用纳米结构来实现丰富的色彩。伊朗国家博物馆的十三世纪的陶器中发现了产生鲜艳色彩的银纳米颗粒3。此外，研究者还发现了其他一些中世纪掺入金属纳米颗粒材料的例子4。随着现代科学技术的进步，科研人员开始主动关注这些自然社会和人类社会的启示，通过先进的设备主动控制纳米材料和结构的合成与制备5。

表面等离激元是光照在金属表面引发的金属自由电荷的集群震荡5。通过分析等离激元结构和产生的颜色之间的关系，我们可以实现可控制备等离激元结构色。研究者已经实现通过对等离激元纳米结构的形态和尺寸选择，实现在可见光波段选频工作。新加坡的一个课题组在基板上生长纳米圆柱体，通过对纳米圆柱体半径，间距的空间，实现了丰富的颜色6。

在14年的另一篇报告中，研究者还研究了方形纳米柱体和椭圆形柱体的尺寸，形状和间距对最终呈现颜色的影响7。杜克大学的一个团队使用不同体积和分布密度的银立方体实现了红绿蓝三原色，通过大量由不同比例红绿蓝结构混合的像素点，他们呈现出色彩艳丽的鹦鹉图像8。格拉斯哥大学的课题组用十字交叉的偏振结构实现调节等离激元颜色，不同的偏振态具有黄或蓝的不同颜色，通过调节两种偏振态的空间比例，能够实现多种颜色9。

等离激元也大量使用在基于光栅结构的结构色。衍射光栅是最早的人工光学器件。虽然在介质材料和金属材料中都能实现衍射现象，然而，在金属中，光栅的衍射，干涉与散射会和等离激元共振现象相结合，如果控制光栅结构的厚度，周期等参数，就能控制反射或透射光的颜色5。密歇根大学的一个团队用纳米压印光刻制造了具有衍射结构薄膜滤色器，其具有较高的透射峰值，透射峰值波长由光栅的周期性性质控制，具有传统染料制备的滤波片所没有的优点10。光栅结构对入射光的偏振具有依赖性11 ，利用这一性质，通过偏振片可以得到不同的颜色，对偏振片动态调节，也可以借此实现对图像颜色的动态调节12。

虽然等离激元光栅结构能够实现亚波长衍射，但是这主要是在静态性能上的优点，在实际的显示应用中需要对等离激元结构色实现动态可调节。从这个方面来说，等离激元面临巨大的挑战。现在，在动态调节上，仍旧有不少团队做出了突破。这些动态可调结构色一般都使用某种方法实现了光开关结构。一个团队在金膜上镀上了电致变色聚合物。通过外加电压实现光栅周围折射率的变化，从而使整个材料处于不显色或显色状态13。另一个课题组将有序的银纳米结构覆盖在金颗粒上，通过改变电化学电压来控制银沉积在金纳米颗粒上的量，从而控制其表面等离激元的响应14。

通过纳米结构来实现图像，虽然具有亚波长可分辨，色彩丰富等优点，但通过这种方法产生的图像大多尺寸较小，如果要大规模生产，成本会很高。通过墨点打印的方法可以得到较大尺寸的图片15。北卡罗莱纳州立大学的团队通过在喷嘴施加电压，喷嘴直径从0.3微米到30微米变化，最小可以打出几百纳米数量级的大小的墨点15，这已经与可见光的波长尺寸相当，打印出的图形具有相当高的分辨率。

本课题中使用的材料是银，由于银作为等离激元颜料时，稳定性欠佳，所以一般需要引入核壳结构提高稳定性。16,17。

参考文献：

  1. Xu T, Shi H, Wu Y K, et al. Structural colors: from plasmonic to carbon nanostructures[J]. Small, 2011, 7(22): 3128-3136.
  2. Burresi M, Cortese L, Pattelli L, et al. Bright-white beetle scales optimise multiple scattering of light[J]. Scientific reports, 2014, 4: 6075.
  3. Padovani S, Puzzovio D, Sada C, et al. XAFS study of copper and silver nanoparticles in glazes of medieval middle-east lustreware (10th–13th century)[J]. Applied Physics A, 2006, 83(4): 521-528.
  4. Colomban P. The use of metal nanoparticles to produce yellow, red and iridescent colour, from bronze age to present times in lustre pottery and glass: solid state chemistry, spectroscopy and nanostructure[C]//Journal of Nano Research. Trans Tech Publications, 2009, 8: 109-132.
  5. 王嘉星, 范庆斌, 张辉, 等. 表面等离激元结构色研究进展[J]. 光电工程, 2017, 44(1): 23-33.
  6. Tan S J, Zhang L, Zhu D, et al. Plasmonic color palettes for photorealistic printing with aluminum nanostructures[J]. Nano letters, 2014, 14(7): 4023-4029.
  7. Goh X M, Zheng Y, Tan S J, et al. Three-dimensional plasmonic stereoscopic prints in full colour[J]. Nature communications, 2014, 5: 5361.
  8. Stewart J W, Akselrod G M, Smith D R, et al. Toward multispectral imaging with colloidal metasurface pixels[J]. Advanced Materials, 2017, 29(6).
  9. Li Z, Clark A W, Cooper J M. Dual color plasmonic pixels create a polarization controlled nano color palette[J]. ACS nano, 2016, 10(1): 492-498.
  10. Kaplan A F, Xu T, Jay Guo L. High efficiency resonance-based spectrum filters with tunable transmission bandwidth fabricated using nanoimprint lithography[J]. Applied Physics Letters, 2011, 99(14): 143111.
  11. Kristensen A, Yang J K W, Bozhevolnyi S I, et al. Plasmonic colour generation[J]. Nature Reviews Materials, 2017, 2(1): 16088.
  12. Duempelmann L, Luu-Dinh A, Gallinet B, et al. Four-fold color filter based on plasmonic phase retarder[J]. ACS Photonics, 2015, 3(2): 190-196.
  13. Xu T, Walter E C, Agrawal A, et al. High-contrast and fast electrochromic switching enabled by plasmonics[J]. Nature communications, 2016, 7: 10479.
  14. Wang G, Chen X, Liu S, et al. Mechanical chameleon through dynamic real-time plasmonic tuning[J]. ACS nano, 2016, 10(2): 1788-1794.
  15. Park J U, Hardy M, Kang S J, et al. High-resolution electrohydrodynamic jet printing[J]. Nature materials, 2007, 6(10): 782.
  16. Gao C, Lu Z, Liu Y, et al. Highly stable silver nanoplates for surface plasmon resonance biosensing[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2012, 51(23): 5629-5633.
  17. Xue C, Chen X, Hurst S J, et al. Self‐Assembled Monolayer Mediated Silica Coating of Silver Triangular Nanoprisms[J]. Advanced materials, 2007, 19(22): 4071-4074.

剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付

以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章