AOM：香港城市大學呂堅教授課題組—實現具有可控帶寬的新型鎂基反射型濾光膜

前言

鎂基金屬玻璃納米薄膜材料以其高強度重量比，輕質低密度以及出色的生物相容性等特點，在改善機械性能和新型的功能性應用上得到越來越多的關注。2017年，香港城市大學呂堅教授課題組成功研發了具有雙相納米結構的鎂基超納薄膜，該材料表現出了近乎理論值的高強度。該成果于2017年作為封面文章發表于NATURE。而后，基于鎂基超納雙相薄膜的基礎上，呂堅教授課題組研發了一種新型鎂基反射型濾光薄膜，打破了常規的反射型金屬基濾光膜片多層介電膜多次沉積的復雜工藝，解決了材料膜層之間由于熱膨脹系數的差異所導致的應用面積和機械性能受到限制的問題。并且通過調控鎂基薄膜的成分和工藝使其同時擁有極高的色彩飽和度以及良好的機械性能，可以在光學顯示設備，結構彩色印刷，家用電子產品，光電探測器，太陽能電池，汽車部件等領域大面積應用。

成果簡介

香港城市大學呂堅教授（通訊作者）課題組提出采用一步磁控濺射沉積的方法，在高強鎂基超納薄膜（2017年NATURE 封面文章，DOI: 10.1038/nature21691）制備的基礎上，成功獲得了可大面積應用的全色彩鎂基反射濾光膜片。其具有極高的色彩飽和度和優異的機械性能。本文中，新型鎂基反射型彩色濾光片尺寸為2 cm×2 cm，實現了全可見光光譜色彩，并且具有9.12 GPa的高硬度，該新型鎂基彩色濾光片具有光學常數可控的吸收層和具有鎂基金屬玻璃反射層。可以通過調整吸收層的光學常數和厚度來控制所呈現的顏色的飽和度和色彩。另外，由于金屬玻璃反射層與吸收體層來自于相同的材料靶源，所以該濾光片具有很高的膜基結合力，而在鎂基金屬玻璃反射層優異的機械性能的支持下也提高了該反射濾色器的整體硬度。該新型鎂基反射型濾光片為大面積彩色濾光裝置制造提供了廣闊的應用前景。相關研究結果發表在Advanced Optical Materials上，DOI: 10.1002/adom.201901626, 文章的第一作者為卜鈺(香港城市大學博士研究生)。

圖文導讀

圖1，a) 鎂基反射型濾光片對應于可見光譜彩色；b) 鎂基薄膜截面高分辨透射電鏡分析以及對應于吸收層（右上）和反射層（右下）的高分辨投射電鏡分析

圖2，(a) 鎂基反射型濾光膜結構(b)薄膜干涉原理示意圖，(c)(d) 不同吸收層厚度樣品的CIE1931色度圖及反射光譜

圖3，(a)(b)不同含氧量吸收層樣品的反射光譜，(c)不同工藝條件下對應的反射濾光膜照片(d) 鎂基反射濾光膜的實驗及理論模型CIE1931色度圖分布

圖4，鎂基反射型濾光片角度依賴性分析

文獻鏈接：Full-Color Reflective Filters in a Large Area with a Wide-Band Tunable Absorber Deposited by One-Step Magnetron Sputtering (Advanced Optical Materials, 2019, 1901626. DOI: 10.1002/adom.201901626)

呂堅教授簡介

呂堅教授現任香港城市大學（研究及科技）副校長及研究生院院長，機械工程學院講座教授，先進結構材料研究中心主任，香港工程科學院院士，法國國家技術科學院士。2006年及2017年曾兩次獲得由法國總統親自任命的“法國政府頒授法國國家榮譽騎士勛章”及“法國國家榮譽軍團騎士勛章”，2018年獲得“中國工程界最高獎”第十二屆光華工程科技獎。呂堅教授的研究方向涉及先進納米結構材料的制備和力學性能，實驗力學，材料表面工程和仿真模擬，生物與仿生材料力學，航空航天材料與結構預應力工程，3D打印先進材料與產品集成設計等。

本文由香港城市大學呂堅教授課題組供稿。

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