[发明专利]一种Co纳米层/Co纳米线/多孔氧化铝复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Co纳米层/Co纳米线/多孔氧化铝复合薄膜及其制备方法，所述Co纳米层/Co纳米线/多孔氧化铝复合薄膜包括Co纳米层、Co纳米线和多孔氧化铝薄膜，所述Co纳米层位于所述多孔氧化铝薄膜的表面，所述Co纳米线位于所述多孔氧化铝薄膜的孔洞中，所述Co纳米层厚度、Co纳米线长度及Co纳米线的分布密度均从薄膜一端至另一端递减。本发明提供的Co纳米层/Co纳米线/多孔氧化铝复合薄膜具有高饱和度虹彩渐变结构色和渐变的磁性，并且其制备方法简单，成本较低，在防伪、绘画、装饰、化妆品、显像技术、染料敏化和太阳能电池等领域具有广阔的用途。

技术领域

本发明属于电化学腐蚀和电化学沉积技术领域，具体地说，涉及一种Co纳米层/Co纳米线/多孔氧化铝复合薄膜及其制备方法。

背景技术

多孔阳极氧化铝(Porous Anodic Alumina)，简称PAA，是将高纯铝置于酸性电解液中在低温下经阳极氧化而制得的具有自组织的高度有序纳米孔阵列结构。它由阻挡层和多孔层构成，紧靠金属铝表面是一层薄而致密的阻挡层，多孔层的膜胞为六边紧密堆积排列，每个膜胞中心都有一个纳米级的微孔，孔的大小比较均匀，且与铝基体表面垂直，彼此平行排列。多孔阳极氧化铝膜制备工艺简单，孔的形貌和大小还可以随电解条件不同在较大的范围内进行调控，此外具有纳米孔洞的多孔阳极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。

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而产生。多孔氧化铝薄膜各处的厚度相同，由于等倾干涉可以呈现出单一结构色。单一结构色的颜色取决于多孔氧化铝薄膜的厚度，但颜色饱和度较低。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。2013年河北民族师范学院采用一次氧化工艺制备孔深渐变且具有虹彩环形结构色的氧化铝薄膜，但是其结构色饱和度较低，同时薄膜的物性单一。

为了提高多孔氧化铝薄膜结构色的饱和度和拓展其物性，近年来，研究者们将视线集中在了以多孔阳极氧化铝为模板，采用交流电沉积或直流电沉积制备纳米材料与多孔氧化铝薄膜的复合材料上，例如，2006年Xu等采用多孔阳极氧化铝为模板，以50g/L的CoSO₄·7H₂O和30g/L的H₃BO₃为电解液，在电压为20V、pH值为3.0-4.0，温度为30℃条件下交流电沉积15min制备了钴纳米线阵列，实验结果显示，制备的纯钴纳米线阵列为非晶结构(Fabrication of amorphous Co and Co-P nanometer array with different shapesin alumina template by AC electrodeposition，Materials Letters，2006，60(17):2069-2072)。2014年张志俊研究了PAA@M(M＝Ag、Co)复合薄膜的结构色，以60g/L的CoSO₄·7H₂O，5g/L的抗坏血酸和30g/L的H₃BO₃为电解液在15℃，电压为15V，pH值大概在3.5左右的条件下，制备了PAA@Co复合薄膜，但是复合薄膜的Co没有沉积到PAA孔中，而是沉积到了PAA表面。