DLC薄膜厚度可精准调控其结构颜色，耐久性和环保性协同提升

 

类金刚石碳（DLC）薄膜因高硬度、耐磨损特性，广泛应用于刀具、模具等工业领域，其传统颜色为黑色或灰色。近期，日本研究团队通过等离子体化学气相沉积（CVD）技术，将DLC薄膜厚度控制在20-80纳米范围内，首次实现对其结构色的精确调控。这一发现为材料的光学功能化提供了新方向。

 

 

等离子体CVD装置示意图

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结构色产生的物理机制

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结构色由光的干涉效应主导，而非化学染料。当光照射到薄膜表面时，部分光在上表面反射，另一部分穿透薄膜后在下界面反射。两束反射光发生干涉：

 

 

干涉条件：公式表明，薄膜厚度（d）和折射率（n）共同决定增强的波长（λ）。实验中DLC薄膜的折射率稳定在2.0，厚度成为唯一变量。

 

 

厚度调控波长：厚度增加时，干涉增强的波长向长波方向移动（如蓝光→绿光→黄光）。

 

 

多层干涉示意图

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薄膜厚度与颜色的定量关系

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研究团队通过改变沉积时间（4-15分钟），制备了不同厚度的DLC薄膜，并观察到以下规律：

 

 

DLC薄膜沉积时间与膜厚的关系

20-50纳米：颜色从蓝色（主波长450 nm）过渡到绿色（550 nm），亮度（Y值）随厚度增加而升高，但色彩纯度（pe）下降。

50-80纳米：颜色转向黄色（580 nm以上），亮度降低，纯度回升。

临界厚度50纳米：亮度和纯度的变化趋势在此处反转，可能与多层干涉模式的切换相关。

 

 

薄膜厚度与激发纯度（“pe”）之间的关系

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结构色的技术优势

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与传统色素染色相比，结构色具有显著优势：

 

 

耐久性：颜色由物理结构决定，无化学降解风险，适用于高温、高磨损环境。

 

 

环保性：无需染料或涂层工艺，减少化学污染。

 

 

可编程性：通过调整薄膜厚度或结构，可精确设计目标颜色

 

 

结构色彩

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潜在应用场景

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工业设计：刀具、模具表面赋予标识性颜色，兼顾功能与美观。

 

 

消费电子：手机、电脑外壳的永久性色彩方案，避免喷漆脱落问题。

 

 

光学器件：抗反射涂层、滤光片的低成本制备。

 

 

航空航天：卫星部件表面涂层，兼具耐磨性与热控性能。

此研究揭示了DLC薄膜在光学领域的潜力，为开发新型结构色材料提供了理论依据。未来，结合纳米级厚度控制与多层膜设计，有望实现更广色域、更高纯度的色彩调控。

 

FlexFilm单点膜厚仪

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FlexFilm单点膜厚仪是一款专为纳米级薄膜测量设计的国产高精度设备，采用光学干涉技术实现无损检测，测量精度达±0.1nm，1秒内即可完成测试，显著提升产线效率。

 

 

1.高精度测量：光学干涉技术，精度±0.1nm，1秒完成测量，提升产线效率。

 

 

2.智能灵活适配：波长覆盖380-3000nm，内置多算法，一键切换材料模型。

 

 

3.稳定耐用：光强均匀稳定（CV＜1%）年均维护成本降低60%。

 

 

4.便携易用：整机＜3kg，软件一键操作，无需专业培训。

 

 

FlexFilm单点膜厚仪可结合DLC薄膜材料为精密制造提供了一把“快而准的尺子”，在半导体制造过程中实时监测薄膜的沉积和生长厚度。搭建各种光谱实验平台，实现对各种材料的光学特性、膜厚、材料的反射率、透过率等光谱特性的测试和分析实验。

原文出处:《Effects of film thickness on structural color of DLC films deposited by  plasma CVD method》 

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