Page 100 - 《精细化工》2022年第9期

·1818· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

微球的折射率与周围介质折射率之比。因此，薄膜 不是光子晶体薄膜结构色变化的唯一原因，通过
经过拉伸后，其折射率对比度会明显增加，从而显 进一步演绎光子晶体薄膜内部在施加拉力前后的
现出人眼可见的结构色。随着拉伸量的增加，薄膜 微观结构变化（图 6f）可知，受力拉伸时，薄膜
内空气含量上升，折射率对比度持续增加，故光子 变薄，垂直于拉力方向的粒子晶格间距减小（d 1 >
晶体薄膜的反射率不断增大 [19] 。薄膜内空气量的增 d 2 ），导致最大反射峰波长蓝移。撤去拉力后，微
加使其有效折射率降低，根据布拉格衍射公式 [17] ， 裂纹和孔洞消失（图 6e），光子晶体薄膜回复至无
最大反射峰波长发生蓝移。此外，折射率的变化 色透明态。

图 6 光子晶体薄膜的光学显微照片（a）；拉伸应变为 60%时光子晶体薄膜的光学显微照片（b）；撤销拉力后的光子
晶体薄膜的光学显微照片（c）；拉伸态的光子晶体薄膜截面 SEM 图（d）；撤销拉力后的光子晶体薄膜截面 SEM
图（e）；光子晶体薄膜在拉伸循环中的微观结构变化示意图（f）
Fig. 6 Optical microscopy image of photonic crystal film (a); Optical microscopy image of photonic crystal film in 60%
tensile strain (b); Optical microscopy image of photonic crystal after withdrawal of tensile (c); Cross-section SEM
image of stretched photonic crystal film (d); Cross-section SEM image of photonic crystal film after withdrawal of
tensile (e); Schematic illustration of microstructure change photonic crystal film during stretching-releasing process
(f)

2.4 透明光子晶体薄膜的防伪应用 被隐藏起来。这种连续可逆的高隐蔽性光学特性使
本课题组对光子晶体薄膜进行了图案化设计。 该薄膜在防伪领域具备潜在的应用价值。
图 7 为不同拉伸应变下图案化光子晶体薄膜的数码
照片。由图 7 可以看出，图案化光子晶体薄膜自身
无色透明，当受力拉伸时，图案部分（数字“2”）
显现结构色，与不含光子晶体层的背景部分形成明
显对比。随着拉伸应变的增加，图案部分结构色发
生持续蓝移，依次衍射绿色、青蓝色、蓝色，同时
图 7 不同拉伸应变下图案化光子晶体薄膜的数码照片
背景部分始终保持无色透明状态。撤销拉力可使图
Fig. 7 Digital photographs of photonic crystal film in different
案化光子晶体薄膜回复到初始状态，数字“2”迅速 tensile strains