一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜及其制备方法。本发明专利技术环形虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从氧化铝薄膜的中心处向四周递减，所述条纹状虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从一端至另一端递减。该氧化铝薄膜只需通过一次氧化工艺即可制备出，简化了制备流程，降低了制备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜及其制备方法
本专利技术涉及氧化铝薄膜的
，尤其涉及一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜及其制备方法。
技术介绍
由于具有纳米孔洞的氧化铝薄膜是宽带隙金属氧化物半导体材料，具有热稳定性、抗腐蚀性、化学稳定性和高介电常数，在有序纳米结构的合成中得到了广泛的应用。随着光子晶体研究的深入，关于氧化铝薄膜的结构色问题也有了一定的研究。1969年，Diggle等人报道在可见光范围内，有铝基支撑的氧化铝薄膜当厚度小于1μm时因光干涉作用会产生明亮的颜色。2007年，日本东北大学Wang等人报道利用CVD技术在氧化铝薄膜上沉积碳纳米管后，制备出了颜色饱和度较高的氧化铝薄膜。随后，2010年，中科院合肥物质科学研究院固体所赵相龙博士在碳管复合氧化铝复合薄膜颜色的调控研究方面取得了重要进展，实现了对碳管复合氧化铝复合薄膜颜色的精细调控。2011年，河北师范大学孙会元教授小组采用多次氧化法制备了具有变化彩条特征的氧化铝复合薄膜。现有的具有结构色的氧化铝薄膜的制备采取多次氧化，这样制备方法繁琐，制备成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术一方面提供一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜，该氧化铝薄膜通过一次氧化即可制得，制备简单，成本较低。一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜，所述环形虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从氧化铝薄膜的中心处向四周递减，所述条纹状虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从一端至另一端递减。其中，所述环形虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度按照二次函数规律从该氧化铝薄膜的中心处向四周递减。其中，所述条纹状虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度按照反比例函数规律从一端至另一端递减。以上具有虹彩结构色的氧化铝薄膜的技术方案中，虹彩的结构色是由于复色光（例如自然光）经薄膜的上表面和下表面反射后相互干涉使得组成复色光相互分离而产生。本专利技术的虹彩的结构色包括多种颜色相间的条纹状的虹彩色和多种颜色相间的环形的虹彩色，彩条色彩和疏密程度可通过调节氧化铝薄膜的厚度变化规律来控制。氧化铝薄膜的厚度可以从氧化铝薄膜的中心处向四周递减，该递减规律符合二次函数关系，在该函数关系中，四周到中心处的距离为自变量，氧化铝薄膜的厚度为因变量，此种情况下氧化铝薄膜产生环形的虹彩色。氧化铝薄膜的厚度可以从一端至另一端递减。本领域的技术人员可以想象“从一端至另一端递减”即指在氧化铝薄膜的制备中电氧化的过程中，阴极和阳极成一定倾斜角放置于电解槽时，由距离氧化铝薄膜与阴极所成倾角之顶点的较近处至较远处递减。该递减规律符合反比例函数关系，在该函数关系中，氧化铝薄膜上的点到倾角之顶点的距离为自变量，氧化铝薄膜的厚度为因变量，此种情况下氧化铝薄膜产生条纹状的虹彩色。值得说明的是，这里的倾角是氧化铝薄膜与阴极的延伸面所形成的角。本专利技术另一方面提供一种氧化铝薄膜的制备方法，该方法采用一次氧化法，使得制备简单，成本较低。一种如上述的氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）对铝箔进行预处理；（2）将经预处理后的铝箔作为阳极连同与所述阳极平行的阴极置入电解液中通进行电氧化，制得环形虹彩结构色的氧化铝薄膜；或者，将经预处理后的铝箔作为阳极连同与所述阳极成倾斜角的阴极置入电解液中通进行电氧化，制得条纹状虹彩结构色的氧化铝薄膜。其中，所述电氧化的电压为45～65V，所述电氧化时间为20～240s。其中，所述倾斜角为30～60°。其中，所述在制得环形虹彩结构色的氧化铝薄膜的电氧化步骤中阴极与阳极之间的距离为4～5cm。其中，所述制得环形虹彩结构色的氧化铝薄膜的电氧化步骤中阴极的中心与阳极的中心的连线垂直于该阴极和阳极。其中，所述电解液为浓度为0.285～0.315mol/L的草酸。其中，所述预处理按照由先至后顺序包括剪裁、清洗、退火和电抛光的步骤。以上制备方法的技术方案中，铝箔沿电解槽的侧壁平行放置，而阴极（例如可以为碳棒）与铝箔平行放置，此种情况下电氧化得到的氧化铝薄膜产生的虹彩结构色为环形的虹彩色；阴极（例如可以为碳片）与铝箔可以成一定夹角放置，此种情况下电氧化得到的氧化铝薄膜产生的虹彩结构色为条纹状的虹彩色。本专利技术环形虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从氧化铝薄膜的中心处向四周递减，所述条纹状虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从一端至另一端递减。该氧化铝薄膜只需通过一次氧化工艺即可制备出，简化了制备流程，降低了制备成本。附图说明图1（a）为本专利技术实施例1～8的氧化铝薄膜的制备装置图；图1（b）为本专利技术实施例9～13的氧化铝薄膜的制备装置图；图2（a）为本专利技术实施例1～8的氧化铝薄膜的制备过程中的电化学反应电力线示意图；图2（b）为本专利技术实施例9～13的氧化铝薄膜的制备过程中的电化学反应电力线示意图；图3（a）为本专利技术实施例1～3的氧化铝薄膜数码照片图；图3（b）为本专利技术实施例4～6的氧化铝薄膜数码照片图；图3（c）为本专利技术实施例7、3、8的氧化铝薄膜数码照片图；图4（a）为本专利技术实施例9～11的氧化铝薄膜数码照片图；图4（b）为本专利技术实施例9、12、13的氧化铝薄膜数码照片图；图5为本专利技术实施例3的氧化铝薄膜的SEM图；图6为本专利技术实施例3的氧化铝薄膜的反射光谱图；图7为本专利技术实施例13的氧化铝薄膜的SEM图；图8为本专利技术实施例13的氧化铝薄膜的反射光谱图；图9为本专利技术实施例1～8的氧化铝薄膜的厚度渐变拟合图。图中：1—电解槽；2—电解液；3—碳棒；4—铝箔；5—铜导线。具体实施方式下面分别结合实施例及附图对本专利技术作进一步的详细说明。以下实施例中采用的设备型号及生产厂家如下：超声波清洗机（型号PS-08A，深圳恒力超声波设备有限公司）；石英管式炉（型号为HTL1100-60，合肥科晶材料技术有限公司）；直流电源（型号为DC-1760，合肥达春电子有限公司）；数码相机（型号为EOS600D，佳能中国有限公司）；扫描电镜（型号为S-4800，日本Hitachi公司）；紫外可见分光光度计（型号为日立U-3010，日本日立公司）。实施例1根据以下步骤制备氧化铝薄膜：（1）把纯度为99.999%，厚度为0.3mm的高纯铝箔剪成2cm左右的圆片，压平后放在丙酮溶液中超声波清洗30分钟，随后放入酒精中超声清洗30分钟，最后在去离子水中反复冲洗，晾干后放置在石英管式炉中，在400℃真空退火2h，冷却至室温。然后对退火后的高纯铝箔进行电抛光处理，电抛光液为体积比1：4的HClO4与无水乙醇的混合液，以铝箔作为阳极，碳片作为阴极，在电压20V左右进行电氧化50s。（2）将抛光后的高纯铝箔放置于图1（a）所示的电解槽中作为阳极，碳片为阴极，碳片长8cm，宽1.7cm，厚0.5cm，电解液为0.3mol/L的草酸溶液，进行氧化。（3）阴极与阳极成45°，在电压50V下进行电氧化。在电氧化过程中电流从220mA开始下降到达最低值7mA左右，然后逐渐升高至14mA左右稳定，氧化时间为20s便制得氧化铝薄膜。实施例2除了步骤（3）中氧化时间为25s，其他条件与实施1相同。实施例3除了步骤（3）中氧化时间为30s，其他条件与实施1相同。实施例4除了步骤（3）中阴极与阳极成30°、氧化时间为40s，其他条件与实施1相同。实施例5除了步骤（3）中氧化电压为55V、氧化时间为35s，其他条件与实施4相同。实施例6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜，其特征在于，所述环形虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从氧化铝薄膜的中心处向四周递减，所述条纹状虹彩结构色的氧化铝薄膜的厚度从一端至另一端递减。

【技术特征摘要】
1.一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对铝箔进行预处理；所述预处理按照由先至后顺序包括剪裁、清洗、退火和电抛光的步骤；(2)将经预处理后的铝箔作为阳极连同与所述阳极平行的阴极置入电解液中进行电氧化，制得环形虹彩结构色的氧化铝薄膜；所述电解液为浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾建军，杨淑敏，岂云开，
申请(专利权)人：河北民族师范学院，
类型：发明
国别省市：