[发明专利]多孔氧化铝光子晶体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体及制备方法和用途，尤其是一种多孔氧化铝光子晶体及其制备方法和用途。

背景技术

众所周知，由多孔氧化铝薄膜构成的光子晶体因其孔道结构的不同，对不同波段的光的透光率是不相同的。由此，人们为了探索和拓展多孔氧化铝光子晶体的应用范围，作了一些尝试和努力，如在2009年9月2日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101520525A中提及的一种“带有分叉孔的多孔氧化铝薄膜滤光片及其制备方法”。该滤光片为多孔氧化铝薄膜的孔为孔径40～60nm的直线型通孔，其孔壁上置有两层以上的分叉孔，分叉孔的孔径为20～40nm，其与直线型通孔间的夹角为50～70度，分叉孔间的直线型通孔构成的主干层和分叉孔构成的分叉层呈周期性变化，薄膜的厚度为60～180μm；制备方法为将铝片置于浓度为0.2～0.4M的酸溶液中，于弧齿波电压下阳极氧化至少5min，其中，弧齿波电压的波幅为22～50V、波前沿为45度、波周期为2.5～3.5min，制得带有分叉孔的多孔氧化铝薄膜滤光片。这种由多孔氧化铝薄膜构成的滤光片虽可对500～1500nm波段的光线进行有选择的过滤，却也存在着仅能实现同一个氧化铝薄膜具有相同的光学性能，即同一个氧化铝薄膜只能对某一波段的光线进行过滤的不足，而不能将其用于光学防伪，即同一个氧化铝薄膜在局部区域能实现不同的光学性能；此外，制备方法也不能制得用于光学防伪的氧化铝薄膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种于可见光下具有相同的光学特性，而于红外光下局部区域具有不同光学特性的多孔氧化铝光子晶体。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述多孔氧化铝光子晶体的制备方法。

本发明要解决的还有一个技术问题为提供一种上述多孔氧化铝光子晶体的用途。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：多孔氧化铝光子晶体由主干层和分叉层叠加构成，特别是，

所述光子晶体的厚度为75～85μm，且其内的局部区域中置有缺陷层；

所述主干层和分叉层的层数为375～425层，其相互间的厚度比为2～3∶1；

所述主干层由主孔构成，所述分叉层由二分叉孔构成，所述二分叉孔的孔间夹角为30～50度，其中的一只分叉孔的两端分别与其所在分叉层的上、下主干层的主孔相连通；

所述主孔的位于光子晶体上表面处的孔直径为80～110nm，其它各层的孔直径呈线性缩小，直至光子晶体下表面处的孔直径为17～20nm；

所述主干层和分叉层的位于光子晶体上表面处的层厚分别为300～350nm和100～140nm，其它各层的层厚呈线性缩小，直至光子晶体下表面处的层厚分别为130～150nm和50～70nm；

所述缺陷层距离光子晶体上表面30～32μm，其由孔直径为60～70nm、孔长为260～1060nm的直孔构成，所述直孔的两端分别与主孔相连通。

作为多孔氧化铝光子晶体的进一步改进，所述的主干层中的主孔的孔轴线垂直于光子晶体的平面；所述的缺陷层中的直孔的孔轴线垂直于光子晶体的平面。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述多孔氧化铝光子晶体的制备方法采用阳极氧化法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将铝片置于浓度为0.2～0.4M的草酸溶液中，于51～55V的直流电压下阳极氧化2.5～3.5h，再将其置于磷铬酸溶液中腐蚀4～5h，得到含有密排孔的氧化铝片；

步骤2，将含有密排孔的氧化铝片置于温度为16～20℃、浓度为0.2～0.4M的草酸溶液中，于周期性非对称电压下阳极氧化74～78个周期，其中，周期性非对称电压的波形为，电压先于30s期间按照正弦波规律自23V升高至53V、再于180s期间由53V线性降低到23V，每个周期计210s，得到含有主干层和分叉层的氧化铝片；

步骤3，先于含有主干层和分叉层的氧化铝片的正面的局部处涂抹油脂，再将涂抹有油脂的含有主干层和分叉层的氧化铝片置于温度为16～20℃、浓度为0.2～0.4M的草酸溶液中，于周期性特定电压下阳极氧化1～4个周期，其中，周期性特定电压的波形为，电压于80s期间由53V线性下降到38V后，恒定维持在23V处100s，每个周期计180s，得到其内部的局部区域中含有缺陷层的氧化铝片，接着，去除掉其内部的局部区域中含有缺陷层的氧化铝片上的油脂；