今天和大家分享的這篇文章是由森豐真空鍍膜李鳳吉教授供稿，關(guān)于采用薄膜干涉策略構(gòu)建氮化鋁彩色功能薄膜 的相關(guān)知識(shí)。

首先我們一起來(lái)了解下物體顏色的起源：物體的顏色是基于物體所含色素和其對(duì)光的散射、干涉和衍射等共同作用的結(jié)果[1]。色素產(chǎn)生的顏色是對(duì)光產(chǎn)生選擇吸收作用的結(jié)果；而由散射、干涉和衍射引起的是選擇反射產(chǎn)生的顏色，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)色或組織色。這兩種顏色性能顯著不同。色素色是通過(guò)染料染色或涂料著色產(chǎn)生的顏色。結(jié)構(gòu)生色不用色素，而是通過(guò)物體本身對(duì)光散射、干涉和衍射產(chǎn)生顏色，廣泛存在于自然界的許多物體中。色素色通常伴隨化學(xué)顏料或電鍍工藝，對(duì)環(huán)境污染大，且隨著化學(xué)結(jié)構(gòu)變化或破壞，顏色會(huì)變化或消失。結(jié)構(gòu)色則可以通過(guò)物理氣相沉積等綠色鍍膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具有高亮度、高飽和度、偏振效應(yīng)、虹彩效應(yīng)、永不褪色等許多色素色所不具備優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越引起科學(xué)界和工程界的關(guān)注。

散射是指光波通過(guò)透明介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)隨機(jī)的微小不均勻性致使部分光波偏離原來(lái)的傳播方向而向不同方向散開(kāi)的現(xiàn)象（圖1(a))。光的散射產(chǎn)生顏色的現(xiàn)象非常普遍，而且不同大小顆粒的物質(zhì)散射產(chǎn)生的顏色是不同的。例如：正午太陽(yáng)是淡黃色的，天空則是藍(lán)色的；而日出和日落時(shí)的太陽(yáng)呈紅色，這些都是大氣對(duì)陽(yáng)光散射的結(jié)果。正午太陽(yáng)光穿過(guò)相對(duì)較薄的大氣層，波長(zhǎng)較短的光被散射，天空呈藍(lán)色，太陽(yáng)則為淡黃色；然而在日出和日落時(shí)，太陽(yáng)光穿過(guò)的大氣層較厚，雖然天空仍然是藍(lán)色的，但由于散射更強(qiáng)，只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅色光可以穿過(guò)大氣層到達(dá)觀察者的眼睛，所以呈紅色。猴子的面部、臀部有鮮明的藍(lán)色和紫色區(qū)，藍(lán)色是由于皮膚背面的黑色素散射所致，而紫色則是由于散射的藍(lán)色與表面血管中血紅蛋白的紅色共同反射的結(jié)果。外國(guó)人藍(lán)眼睛中則是由于虹膜對(duì)光散射所致，而虹膜的散射是由作為背景的含黑色素的眼色素膜層所致。這種藍(lán)色散射，如果與色素反射的少量黃光結(jié)合，則會(huì)顯現(xiàn)綠色的眼珠（圖1(b))

圖1. (a)白光通過(guò)棱鏡發(fā)生散射，（b)虹膜對(duì)光散射所形成的藍(lán)眼睛，（c) DVD/CD表面的彩色衍射光譜，（d)肥皂泡表面的彩色干涉圖案。

衍射是指光在傳播過(guò)程中繞過(guò)障礙物邊緣而偏離直線傳播的現(xiàn)象。衍射顏色像衍射光柵那樣，取決于層間隔距離，隨著觀察角度的變化，顏色也會(huì)變化[2]。自然界物質(zhì)衍射生色的例子相對(duì)較少。一些蛇表皮、唱片和天然蛋白石上存在衍射光柵結(jié)構(gòu)（圖1(c))，可以產(chǎn)生閃光的顏色。天然蛋白石是一種天然衍射光柵，能在白或黑的背景上顯示各種顏色閃光，稱(chēng)為顏色晃動(dòng)。這是由于蛋白石是由一種大小相同的球體三維排列而成，球體與其間粘合組成存在較小的折射率差，因而產(chǎn)生衍射光柵作用，使顏色晃動(dòng)。

干涉是指滿(mǎn)足一定條件的兩列相干波相遇疊加，在疊加區(qū)域某些點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)，某些點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱，即在干涉區(qū)域內(nèi)振動(dòng)強(qiáng)度有穩(wěn)定的空間分布的現(xiàn)象。當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，或者相位差為2π的整數(shù)倍時(shí)，光強(qiáng)達(dá)到最大點(diǎn)，稱(chēng)為相長(zhǎng)增強(qiáng)干涉；反之，當(dāng)光程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，或相位等于π的奇數(shù)倍時(shí)，光強(qiáng)為零，稱(chēng)為相消刪除干涉，這種變化隨位置距離發(fā)生周期性變化，形成干涉條紋。自然界有很多干涉生色的例子，例如，肥皂泡在陽(yáng)光下呈現(xiàn)出五彩斑斕的色彩（圖1(d))，水面上的油膜表面呈現(xiàn)光鮮的彩色條紋。這是白光在透明薄膜的上、下表面反射并相互干涉的結(jié)果。鳥(niǎo)類(lèi)的羽毛會(huì)發(fā)生干涉生色，隨著它們羽毛表面薄片的折射率、大小形狀和厚度不同，會(huì)產(chǎn)生各種顏色。例如紅色羽毛的薄層折射率約為1.85，而藍(lán)色羽毛約為1.5。隨著薄層厚度減小，顏色也就由紅變綠再變藍(lán)。

       接下來(lái)要和大家分享薄膜的干涉原理以及在不同基材表面沉積彩色功能薄膜 的相關(guān)結(jié)論，請(qǐng)看下一篇。