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          為什么PVD技術可以沉積不同的顏色?

          來源:長辰實業  日期:2022-04-22

          一. 顏色的基本概念。

          我們看到一個物體,首先感到是它的顏色。物質的顏色是由人眼視覺看得到的。如果在沒有光線的密閉的暗室中,或在漆黑的夜里,物體的顏色是看不見的。只有在光照下,物質的顏色才能為肉眼所見,所以我們說顏色是光和眼睛相互作用而產生的。事實上,顏色是大腦對投射在視網膜上不同性質光線進行辨認的結果。


          光源本身發出的顏色我們稱光源色。我們通常觀察到的物質顏色稱為物體色。物體色的產生首先是由物體的本質,即物體本身的內部結構所決定,其次,物體色的產生離不開光照。光照射到物體表面上,一部分光被物體表面反射,一部分進入物體中,進行折射。進入物體表面的光是由于物體對入射光的波長能進行吸收的結果。剩下的一部分光透過物體向外射出,即我們通常所說的透射光。最后,物體的顏色是由人眼的視覺得到。


          二、光源與顏色

          對于光,我們并不感到陌生,因為我們每天都生活在光的世界中,各種不發光物體鮮艷奪目的顏色,只有在足夠的光線照射下,才能為人們看見,一切發光的物體都可以成為光源,而太陽是巨大的天然光源,也是人類唯一的白晝光光源。實際上白晝光光源是直射和天空中反射光組成的自然光,也叫陰天光。


          我們知道,在真空中或者在均勻的介質中,光是沿直線傳播的,如果光線照在水里,則會發生光的折射。人們在河邊洗衣服時,當陽光照在肥皂泡沫上或者照在河面上的污油層時,就會看到彩虹似的顏色,從車床上切削下來的鐵屑,也往往會在陽光照射下泛起一層美麗的藍色,這都是光的干涉現象。在夏日雨后,天空中有時會橫貫一條光彩奪目的彩虹,這是由于下雨后,天空中仍懸浮著無數極小的水滴,太陽光沿著一定的角度射入這些水珠時,就會引起兩次折射和一次全反射,從水滴射出來的光就發散成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等色光。當我們背著太陽朝這些水珠看去,就會看到一條圓弧形的彩色光帶。太陽光經過兩次折射而發散成各種色光的現象叫光的色散。


          隨著科技的發展,人們逐步認識到,光是一種可以引起視覺的電磁波,在整個電磁波譜中,只有很窄的一部分人眼能看到,光的波長不同,會引起不同的視覺。而我們看到物質呈某種顏色,可以是單色光,也可以是幾種單色光以不同比例的混合光。


          三、    顏色的產生。

          可見光的范圍大約是400-800nm。如將波長為400-800nm的光按適當的比例均勻的混合后,照到眼睛的視網膜上,則產生白色的光感。但物質為什么會顯示不同的顏色呢?第一個揭示顏色秘密的是英國科學家牛頓。他用一塊三棱鏡,將太陽光經過兩次折射,第一次成功地將其分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色的色帶。牛頓不僅將白光分解成可見光譜,他后來又設法用透鏡將這7種光聚到一起,又還原為白色光,他的實驗,揭示了白光是由許多不同顏色,不同波長或不同頻率的色光組成的混合光?,F我們已清楚的認識到,顏色只是不同波長的光線,照射在人眼的視網膜上,然后給大腦的一種感覺,我們將這種感覺稱為色覺,為了過一步了解可見光譜和各種顏色,我們將可見光譜分成9個寬闊而又容易相互區別的區域,它們可以用顏色環來描述。


          顏色環周圍所注的波長與環中每一扇形的光顏色是對應的,從圖中可以看出,每塊扇形的對頂處都有另一塊扇形。我們將顏色環上全部有色光以正確比例混合,可以得到白光,事實上,也可以由顏色環上任何兩個對頂位置扇形中的單色光混合而得到。這一對顏色,互稱為補色,如藍色(435-480nm的扇形)的補色為黃色(580-595nm),即藍光和黃光混合得到的是白光。這種兩種或多種其它色光混合而得到另一色光,我們稱之為加色混合,顏色環上任何一種有色光,都可以用相鄰兩側的兩種單色光混合而復制,例如黃光加紅光混合得到橙光。自然界中很少有純光譜色或加色混合顏色,我們周圍接觸到的絕大多數顏色,與上述情況不同,它們是通過減色混合產生的。什么是減色混合呢?


          觀察到的顏色吸收光

          波長(nm)

          顏色

          黃綠

          400-450

          450-480

          480-490

          490-500

          藍綠

          紫紅

          500-560

          560-580

          黃綠

          580-600

          600-650

          藍綠

          650-750

          我們已知道,一對互補色的光混合后,給人一白色的光感,那么如果從白色中除去了某一種波長,則剩余的那一部分光的顏色完全可以被眼睛觀察到。如日光通過一個濾光片,除去了波長495nm的光線(藍綠光),眼睛感受到的是藍綠色的補色,也就是紅色。相反如濾光片濾掉了紅色,則人們感受到的是藍綠色。這種從白光除去某一部分光線,而形成彩色的過程,即為減色混合。減色混合的原理,在攝影技術中應用很普遍,如拍攝風景照片時,人們喜歡藍天中的白云,但拍出的照片往往失去了原來的風采,原因是照相機不同人的眼睛,它沒有色覺,不能感覺景物的顏色,只能感覺到景物光線的強弱。


          白天和藍天的顏色雖然不同,光的成份不同,但白天和藍天都含有感光能力強的藍光和綠光,差的只是紅橙等感光能力差的光,所以它們反差很小,自然效果不好,如在拍攝時,給相機鏡頭上加一塊橙黃色的濾光片,效果就很好,這是因為橙黃色是近似藍天的補色,來自天空的藍光經濾光片,大部分被吸收,但從白云發出的白光中黃色光卻可以通過,這加大了光的反差,照片效果自然很好。常見的染料、顏料及其它一些有色物的分子,可以從日光中有選擇地除去某種波長的光,所以它們的發色往往都是由于減色混合所引起的。具體對應關系,大家可以從下面表格了解清楚。


          用加色混合原理,我們很容易理解白光的產生,而用減色混原理,能很容易理解黑色的產生,因為向混合物中加入愈來愈多的能吸收可見光的分子時,使入射光被吸收的范圍和數量都增加,直到最后,幾乎完全被吸收,此時物質呈黑色。


          總之,物質顏色的產生,是光和物質相互作用的結果,這種結果作用于人眼視網膜上而反映于大腦里留下來的一種感覺。物質顏色的產生,離不開光源,被照射物體,以及可感覺色的眼睛和頭腦。這三點被稱為彩色產生的三要素,缺一不可。


          四、    PVD裝飾鍍層顏色

          一般的金屬靶材在可見光的范圍內(380-780nm顯示出高的反射率,呈現銀白色,但有些有色金屬,例如,金和銅,在特定的波長范圍內具有選擇性的吸收,這樣就出現特殊的色彩。金在波長470nm附近的光線下,由于電子躍遷而產生選擇性的吸收,因而呈現出特有的金黃色。在實際鍍膜中,我常常用靶材加氣體形成金屬化合物的方法來調試各種顏色,各種金屬化合物對于光譜的反射率曲線形式不一樣,如下圖有金、銀、鋁、鐵和TiN的反射率曲線,由圖可見,TiN的反射率曲線和黃金的較為相似,因而它們顏色與比較相近。黑色系列如TiC和CrC由于具有低的反射率,膜層吸收了大部波長的可見光,所以我們看上去是黑色的.


          另外裝飾膜中我們還常常利用到光的另外一種特性,干涉性.如藍色,紫色,都涉及到這方面的特性.當氧氣量達到一定程度后,膜層的顏色越膜層厚度變化而發生變化.大至如下表


          氧化鈦膜厚

          0.400μm

          0.43μm

          0.47μm

          0.53μm

          0.58μm

          顏色

          紫色

          淺藍色

          藍色

          綠色

          黃色

          當然也有其它膜層可以達到這種干涉效果如氮化硅,氧化硅都可以,詳見下表:

          級別

          顏色

          SiO2厚度范圍
          (埃)

          Si3N4厚度范圍
          (埃)

          硅本色

          0-270

          0-200

          棕色

          270-530

          200-400

          金褐色

          530-730

          400-500

          紅色

          730-970

          550-730

          深藍色

          970-1000

          730-770

          第一周期

          藍色

          1000-1200

          770-930

          灰藍色

          1200-1300

          930-1000

          深灰藍色

          1300-1500

          1000-1100

          硅本色

          1500-1600

          1100-1200

          淺黃色

          1600-1700

          1200-1300

          黃色

          1700-2000

          1300-1500

          桔紅色

          2000-2400

          1500-1800

          紅色

          2400-2500

          1800-1900

          暗紅色

          2500-2800

          1900-2100

          第二周期

          藍色

          2800-3100

          2100-2300

          藍綠色

          3100-3300

          2300-2500

          淺綠色

          3300-3700

          2500-2800

          桔黃色

          3700-4000

          2800-3000

          紅色

          4000-4400

          3000-3300

          從上表可以看出,理論上我可以通過薄膜的干涉效果鍍出很多種顏色。


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