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光干涉顏料(上)

2007/8/10 15:04:24 人評論

光干涉變色油墨(簡稱光變油墨、又稱光學(xué)變色油墨)是二十世紀(jì)九十年代才問世的具有動態(tài)變色效果的新型油墨。用它印刷的圖文,從不同的角度觀察能變幻出不同的顏色。特別在0°左右觀察與在60°左右觀察時將呈現(xiàn)出兩種非常明顯的截然不同的顏色。這種變色效果來自于油墨中的光干涉顏料?! 『螢楣飧缮骖伭希窟@要從自然界的顏色講起。眾所周知:顏色是眼睛和大腦對可見光譜(波長范圍400~700nm)的感光反應(yīng)。當(dāng)白光(如:自然光)照在物體上時,我們感受到的只是該物體表面被反射波長的光(“反射色”),其余的波長被物體吸收而感受不到。不同的物體對光波的吸收和反射是千差萬別的,世間萬物因此各具特色?!胺瓷渖庇晌矬w內(nèi)在特性所決定,無論觀察的角度和光源的方向怎樣變化,物體的顏色保持不變?!案缮嫔迸c此相反,它不屬于物體本身的特性,是由于光干涉的物理作用而呈現(xiàn)出的顏色。如,肥皂泡不吸收光,本身是無色透明的,但當(dāng)它的厚薄滿足光干涉條件時,就會呈現(xiàn)出彩虹般的五顏六色?!案缮嫔笨呻S光線入射角和觀察角度的變化而發(fā)生變色,這是“反射色”所無法達(dá)到的?! 」飧缮骖伭鲜侨祟惸7麓笞匀坏慕茏鳌 〗⒃谄叫衅桨宥喙馐缮嬖砘A(chǔ)上的薄膜光學(xué),是人造“干涉色”的理論基礎(chǔ)。薄膜光學(xué)實(shí)現(xiàn)了人類對物體表面反射光譜及光學(xué)性能進(jìn)行控制和選擇的愿望。圖1為一多層光學(xué)薄膜結(jié)構(gòu)(膜厚以納米為單位)示意圖(在此只討論與我們有關(guān)的反射光及相關(guān)的物理量,略去復(fù)雜的薄膜計(jì)算表達(dá)式)。由薄膜光學(xué)理論得知入射光在各層薄膜界面上的反射光之振幅矢量分別為:r1、r2e-2iδ1、…、rk+1e-2i(δ1+δ2+…+δk),其中r1、r2、…、r k+1分別是界面兩邊的折射率N0與N1、N1與N2、…、Nk+1與Nk的函數(shù),稱為反射系數(shù)。δ為各反射光之間的位相差:  δ1=2π/λ·N1d1cosθ1、…、δk = 2π/λ·Nkdkcosθk  式中:λ為入射光波長,d1、dk分別為第一層薄膜及第k層薄膜的厚度,θ1、θk分別為光在第一層和第k層薄膜的入射角(θ1、θ2、…、θk由θ0和N0、N1、…、Nk決定)?! 《鄬庸鈱W(xué)薄膜的反射率R是各反射系數(shù)r(也即N1、…、Nk)和位相差δ(也即λ、θ0和d1、…、dk)的函數(shù)。據(jù)此我們分析如下:  ① 對于一個確定(按需要設(shè)計(jì)成型)的膜系結(jié)構(gòu)來看,其膜層的材料N和厚度d及入射介質(zhì)N0均為已知的定數(shù),其表面反射率R就只是入射光波長λ和入射角θ0的函數(shù)。給定一個θ0 ,便可得到該膜系在這一θ0條件下按波長分布的反射光譜曲線。即:每個確定的膜系都具有特定的反射光譜。而這反射光譜將隨入射角θ0的改變而變化。這就是人造膜系產(chǎn)生的“干涉色”可隨光線入射角和觀察角度的變化而發(fā)生變色的緣由。(未完待續(xù))

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