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  中山大学新闻网王雪华教授研究团队在等离激元打印领域取得重要进展 稿件来源:科学研究院

   作者:科学研究院

   编辑:金凤

   发布日期:2015-12-29

   阅读次数: 近期,我校光电材料与技术国家重点实验室王雪华教授研究团队在等离激元打印的基础原理及应用领域取得重要进展。该研究工作全部由王雪华研究团队独立完成,第一作者是博士生薛建材,周张凯讲师和王雪华教授是共同通讯作者,分别负责论文的实验和理论部分。研究成果于10月14日正式接收,11月16日公开发表于《自然》杂志子刊Nature Communications (6, 8906, 2015)上(论文链接:http://www.nature.com/ncomms/2015/151116/ncomms9906/full/ncomms9906.html)。本研究得到了国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金重点项目等的资助。 金属表面等离激元由于其对于电磁波特殊的选择性吸收能力,一直被广泛应用于各种色彩显示器件的开发之中。而在这些应用之中,等离激元打印,即应用金属等离激元材料作为显示基础的打印技术,无疑是一项最重要而又非常具有应用潜质的研究课题。事实上,由于所呈现画面具有超小像素(甚至能超越衍射极限)、高分辨率、优异的耐久保存能力及变色等特殊功能,等离激元打印被认为将成为下一代打印科技的技术基石。尽管等离激元打印的潜力很大,但是目前还面临一系列的重要挑战:比如,缺乏覆盖整个可见光区间的全彩输出,显示图案的面积过小(百微米量级),图案单调,其功能性不足;过度依赖昂贵复杂的仪器设备,因此制备过程过于复杂、成本高昂。以上问题严重制约了等离激元打印技术的应用化发展,毫不夸张地说,如果它们不能得到有效解决,等离激元打印技术将永远只能停留在实验室,得不到大规模应用化和器件化发展的可能性。 为了克服以上遏制等离激元打印技术进一步发展的主要困难,王雪华研究团队最近提出了创新性的解决策略:首先,他们提出共轭孪生相位调制理论来最大化金属/介质/金属结构的反射光谱峰谷比,并利用金属岛膜的多重散射效应作为表面等离激元宽带吸收器来缩小反射峰的宽度,二者的结合成功地实现了全彩输出。金属岛膜的制备是实验的关键,研究团队成员之一的周张凯利用其长期在氧化铝模板制备等离激元材料研究的丰富经验(Nanoscale7, 15392, 2015; Adv. Opt. Mater.2, 56, 2014 [封面文章]; Nano Lett. 11, 49, 2011),与薛建材一起,先利用电化学方法生长氧化铝模板,然后在模板上溅射出各种金属岛膜。他们利用氧化铝模板的优势,进一步显示了其在等离子彩色印刷领域的变色能力,并展示了潜在的功能化器件应用,如防伪标签和高密度数据存储加密等。他们也证明了可用铝替代金或银岛膜实现所有这些功能。铝是地球上第三种最丰富的元素,这可极大地降低成本,适合工业化的应用。他们还从实验上演示了大尺寸(厘米量级图案,是目前为止最大面积等离激元打印样品)、可控变色的表面等离激元全彩打印。这项研究不仅为可控变色的全彩表面等离激元印刷提供了理论和实验的方法,也为彩色设备的商业应用提供了一条可行的途径。



         

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