[发明专利]一种具有虹彩结构色的氧化铝薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铝薄膜的技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。本发明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。

本发明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。

本发明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