Color Evaluation of Structurally Colored Films by Angle of Incidence

Význam tématu

Strukturální zbarvení je jev, při kterém barva materiálu nevzniká pigmenty, ale díky optickým interferencím ve velmi tenkých vrstvách. Tento princip se v přírodě uplatňuje u motýla Morpho či brouků s kovovým leskem a nachází uplatnění v pokročilých technologiích pro antikorozní povlaky, ochranné prvky proti padělání či designové materiály odolné degradaci barvy.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo sledovat změny barvy nového vícevrstvého optického filmu (MLF) při různých úhlech dopadu světla. Spolupráce se společností Teijin DuPont Films Japan Limited umožnila testovat tři varianty MLF-13.0, MLF-16.5 a MLF-19.0, které se liší tloušťkou a indexem lomu nitrovrstev polyesterových pryskyřic.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření přenosu světla při úhlech dopadu 0°, 15°, 30°, 45° a 60° byl použit spektrofotometr SolidSpec-3700DUV vybaven variabilním úhlovým modulom absolutního odrazu a velkoplošným polarizačním systémem. Spektrální rozsah měření byl 300–800 nm, krok spektrálního snímání 1,0 nm, vyhodnoceno bylo procento transmisní hodnoty s hodnotou štěrbinové šířky 20 nm. Data byla následně převedena do L*a*b* barevného prostoru pomocí příslušného softwaru.

Hlavní výsledky a diskuse

• MLF-13.0: Při 0° absorpce modrého světla (400–500 nm) způsobuje vjem žluté barvy. S rostoucím úhlem dopadu dochází k posunu absorpčního maxima do kratších vlnových délek, výsledkem je méně nasycená, až bílá barva.
• MLF-16.5: Při 0° absorbuje film zelené spektrum (500–600 nm) a vykazuje fialovou barvu. Při úhlu 60° se absorpce překlápí do modré oblasti, barva přechází na žlutou.
• MLF-19.0: Na počátku dochází k absorpci červeného světla (600–700 nm), vjem je světle modrý. Při úhlovém nasměrování na 60° film absorbuje zelené spektrum a je zbarven do fialova.
Analýza L*a*b* ukázala, že s rostoucím úhlem dopadu roste světlost L* a klesá sytost b*, což potvrzuje úbytek nasycené barvy až k téměř bezbarvému průhlednému stavu.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledky prokazují schopnost přesné kvantifikace úhlově závislého zbarvení tenkých vrstev. Postupy lze aplikovat při vývoji prototypů strukturovaných povlaků, antireflexních filtrů, optických senzorů či ochranných prvků proti kopírování designů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směry zahrnují kombinaci víceúrovňových interferenčních struktur s nanomateriály pro dosažení širší palety barvových efektů a dynamické řízení zbarvení pomocí elektrického pole či změny teploty. Rozvoj pokročilých spektrometrů s vyšším rozlišením a automatizovanou manipulací vzorků podpoří masovou výrobu aplikací v oboru biomimetiky.

Závěr

Studie potvrdila, že multivrstevné filmy MLF vykazují výrazné úhlové zbarvení, které lze kvantitativně sledovat pomocí spektrofotometru SolidSpec-3700DUV s variabilním úhlovým odrazovým modulem. Takový přístup otevírá cestu k efektivnímu návrhu strukturálních barev v průmyslových aplikacích.

Reference

• Hirose H., Polymers 60(5), 298–301 (2011)
• Teijin DuPont Films Japan Limited, PET Film MLF Product Overview
• Konica Minolta, IROIROZATSUGAKU