他们说，纳米和微观世界没有颜色，因为粒径小于波长。 因此，光的波特性，例如衍射和干涉，胜过普通的吸收，反射。 但是，自然界中有许多惊人的例子，这些颜色正是由于微观结构而形成的，例如蝴蝶或蛋白石晶体。
如果自然界花费了数百万年的发展来创建各种颜色，那么过去几十年中，材料科学家和物理学家已经学会了从字面上“合成”颜色。 对于超材料和色彩领域的科学成就，但无色的微结构，欢迎光临！
而不是前言
什么是超材料？ 超材料是这样一种材料，其特性不是由其组成成分的性质决定的，而是主要由这些成分在空间中相对于彼此定位的方式（即人工创建的周期性）决定的。
在我看来，以下是最近在一流科学期刊上发表的三篇有趣的作品的概述。 所有这些都致力于从各种经典和奇特的材料创建超材料。
该流派的经典：金属纳米粒子和等离子体共振
处于纳米分散状态的许多金属（读取的，纳米粒子）具有所谓的等离子体共振。 简而言之，是在光（或任何其他电磁波）的影响下，“轻”电子云在金属原子的“重”骨架附近的集体振动。 我
在这里写了更多。
该特性例如对于金，铜，铝和银是众所周知的，并且其以光的共振吸收峰的形式表现出来。 当这些粒子中的两个或更多个在附近时，会产生相互影响的效果，这种影响表现为峰的移动和新峰的出现。 因此，可以“调节”吸收的辐射的波长，并因此改变由这种纳米颗粒组成的结构的颜色。
一组中国科学家及其来自瑞士的同事建议使用由电介质分隔的银盘-氧化铝作为制造超材料的结构块。
（a）基板表面上的银纳米光盘的示意图以及它们之间的电磁波传播。 （b）通过电子显微镜获得的真实样品的图像。 （c）单个纳米盘的所谓等离子体激元模式就其本身而言，等离激元粒子的光谱太宽，无法直接用于产生“纯”颜色。 但是，作者采用了某种技巧，将等离激元盘与一层电介质氧化铝分开。 这个想法的主要原理是使用混合模式，在适当选择半径和周期的情况下，在反射模式下具有较窄的峰值，在传输模式下具有更完整的吸收。 因此，通过调整图像“像素”内复合光盘的大小和空间排列（例如，打包步骤），可以创建一个全色域：从红色到蓝紫色。
在反射光（左）和透射光（右）中获得的样本：第一行是样本的光学照片，第二行是模拟数据，第三行是实验获得的结果不幸的是，创建这种结构的过程相当费力，并且包括许多高科技阶段，例如逐层沉积，电子束构图甚至离子蚀刻。 尽管如此，科学家们有信心，这项工作将朝着建立一个使用“结构”色彩以及高精度色彩再现标准的印刷平台迈出的一步。
这项技术的应用示例：参与该项目的两所大学的缩写，用等离激元油墨“印刷”原始文章“ 使用银色串联纳米磁盘进行全彩色生成 ”在ACSNano（ DOI：10.1021 / acsnano.6b08465 ）中发布。不是金属颗粒和表面
哈尔滨工业大学和山西大学的科学家证明了创建结构色彩的另一个例子。 他们提议使用二氧化钛（TiO
2 ）代替金属纳米颗粒。 这种材料的特征之一是与其他材料相比，其相对较高的折射率（> 2）。 例如，TiO
2的这一特性被广泛用于光子晶体（
一个和
两个 ）的产生。
主要思想是利用入射光束和反射光束的干涉将所需的波长与光谱隔离，从而使结构具有色彩。 在对光谱的可见部分建模并调整了结构参数和相应的共振模式后，研究人员能够通过更改结构元素的大小来控制颜色。
提出的用于这种超常材料的制造工艺包括较少的技术复杂的工艺：电子束光刻以形成图案并从气相喷涂二氧化钛层，然后溶解和去除光刻胶。 因此，制造过程比上述银纳米盘的制造过程更简单，为此，将这些步骤重复几次。
TiO 2基超材料的生产工艺。 （a）流程图。 （bc）所得结构的显微照片（低放大倍率和高放大倍率，刻度分别为100微米和500 nm）。 （df）接收到的图案及其相应的颜色（刻度标记-1微米）结果，获得的样品覆盖了大部分色域：蓝色，红色和绿色。 如果我们继续与等离激元粒子进行比较，则基于TiO2的超常材料显示出更宽的色域覆盖范围。
反射光谱和相应的结构颜色。 （a）模拟和实验获得的一种元结构的反射光谱。 （b）根据CIE 1931标准颜色计算（黑色）和调整（红色）。 （cd）颜色对所获得结构的周期以及相邻金字塔之间距离的依赖性但是作品的作者并没有止步于此。 为了展示该技术在创建复杂的彩色图像方面的适用性，他们“画出”了哈尔滨大学的徽章。 在这种情况下，使用了不同的颜色和阴影。
从TiO 2的元结构创建图像的示例。 （a）通过电子显微镜获得的显微照片。 图像在反射（b）和透射（c）光线下。 （d）偏振光中的图像。 刻度标签-159微米原始文章“ 具有TiO 2超颖表面的全介电全色印刷”发表在ACSNano（ DOI：10.1021 / acsnano.7b00415 ）中。普通玻璃呢？
今天的最新示例是使用普通玻璃而不是普通物理学来创建超材料和结构色。 这项工作的主要思想是，您可以使用“主版”印章在几乎任何透明表面（包括玻璃）上进行打印。 在具有给定图案的这种压模下，倒入特殊的凝胶，该凝胶在紫外线辐射的作用下变硬，并变成性质类似于玻璃的材料。 这种方法称为纳米压印光刻。
超材料的制造过程。 （a）使用电子束光刻制备“印章”。 （bd）纳米印刷光刻工艺的各个阶段，其结果是，在特殊凝胶的聚合过程中，将印章图案“印刷”在光滑的玻璃上。 （e）所得图案的光学显微照片。 （f）“印刷”图案的轮廓（所得结构的宽度约为200微米，高度仅为50-60纳米）产生的结构可以是最多样化的形式：直线或曲线，空隙或反之亦然。 如果选择直线作为图案，则将得到通常的衍射光栅，该光栅在KDPV上进行了描述。
但是，如果将几个相似的结构组合成一个结构（例如，具有不同的周期，不同的条带厚度等等），甚至将其弯曲，那么物理学中不可理解的魔力就会开始起作用。 在结构的某些部分中入射和吸收的光在内部传输，就像在光纤内部一样，然后“出”到其他区域的表面。
两个玻璃样品的照片，其图案被“调整”以显示不同的颜色（a）或完整的图像（b）。 重要！ 在其他条件下（例如照明，视角等），图像不可见，请参见视频因此，颜色实际上仅在指定区域以给定视角“出现”。 为了演示效果，该作品的作者发布了相应的视频：
根据这项工作的作者，这项技术将能够在安全领域（例如，保护文档和数据）以及为智能眼镜创建显示器时找到其应用。
原始文章“ 具有可扩展亚波长平面光学的选色和多功能光转向”发表在ACSPhotonics（ DOI：10.1021 / acsphotonics.7b00232 ）中。而不是结论
在过去的10-15年中，超材料领域取得了重大进展。 每年，科学家们都试图将物理抽象带入工业的发展中，使超材料变得庞大，并为它们找到自己的利基市场。
PS：不要忘记
订阅 ，并写下LAN文本中指出的缺点。