Page 203 - 《精细化工》2021年第8期

第 8 期 林田田，等: 不同粒径 SiO 2 粒子混合制备光子晶体结构色薄膜 ·1697·

量分数为 0、0.03%、0.06%、0.09%的墨水分别加入 性质（明度和色度）的影响。图 5b~f 分别为含有不
上述 5 种混合比例的 SiO 2 悬浮液，超声混合后在 同质量分数墨水的 SiO 2 光子晶体薄膜的反射率波
40 ℃的烘箱中进行重力沉降自组装实验，最终在玻 谱。由图 5b~f 可以看出，当墨水质量分数在 0~0.09%
璃培养皿中构建光子晶体结构色薄膜。图 5a 为具有 时，随着墨水质量分数的增加，SiO 2 光子晶体的反
不同质量分数墨水的 SiO 2 光子晶体结构色。 射率不断降低。
首先研究了墨水质量分数对光子晶体薄膜光学

b—m(S A)∶m(S B)=10∶0；c—m(S A)∶m(S B)=7∶3；d—m(S A)∶m(S B)=5∶5；e—m(S A)∶m(S B)=3∶7；f—m(S A)∶m(S B)=0∶10
图 5 垂直角度下不同墨水质量分数的 SiO 2 光子晶体薄膜照片（a）及反射波谱（b~f）
Fig. 5 Photos (a) and reflection spectra (b~f) of SiO 2 photonic crystal films with different mass fractions of ink

墨水质量分数对结构色明度与色度的影响如表 散射光，因而明度降低；随着墨水质量分数的增加，
2 所示。由表 2 可以看出，随着墨水质量分数的增 色度（C*）先升高后降低，5 种光子晶体薄膜的色
加，光子晶体薄膜的明度（L*）降低，这是由于墨 度均在墨水质量分数为 0.06%时达到最高值。综上所
述，最佳墨水质量分数为 0.06%，此时薄膜结构色
水质量分数的增加使墨水中的炭黑分子覆盖在 SiO 2
表面，吸收非相干散射光的同时也吸收了部分相干 的明度较低，色度最高，即颜色的饱和度最好。

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表 2 具有不同墨水质量分数的光子晶体薄膜的 L 和 C 值
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Table 2 L and C values of photonic crystal films with different mass fractions of ink
墨水质量 10∶0 7∶3 5∶5 3∶7 0∶10
分数/% L C * L C * L C L C * L C
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0 36.18 3.79 30.16 1.97 33.71 3.07 33.88 4.44 35.88 9.49
0.03 34.39 14.08 25.51 3.44 29.23 3.89 30.06 7.08 30.32 12.33
0.06 27.02 20.59 24.13 4.59 28.86 5.01 28.53 7.15 28.91 14.60
0.09 26.91 17.45 20.98 2.69 27.47 4.02 27.02 5.74 27.70 11.49
注：比例均为 m(S A)∶m(S B)。

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为了确定墨水质量分数对色差的影响，对国际 体薄膜的 a 、b 值。由表 3 可以看出，对于 m(S A)∶
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照明委员会（CIE）L a b 中的 a 和 b 进行分析，L a b m(S B )分别为 10∶0、7∶3、5∶5 的光子晶体薄膜来
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色度空间由色彩对立学说建模而成，指出两种颜色 说，同一比例下，随着墨水质量分数的增加，a 减
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不能同时为红色和绿色，也不能同时为黄色和蓝色， 小，偏绿，b 增大，偏黄；对于 m(S A )∶m(S B )为 3∶
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a 轴表示红色（正）指向绿色（负）和 b 轴表示黄 7、0∶10 的光子晶体薄膜来说，随着墨水质量分数
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色（正）指向蓝色（负） [22,26] 。表 3 为掺入质量分 的增加，a 减小，偏绿，b 减小，偏蓝。这与表 2
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数为 0、0.03%、0.06%、0.09%墨水后 SiO 2 光子晶 中色度 C 的变化规律保持一致。