具有结构色的金属氧化物的制备及表征

发布时间：2017-06-03 17:03

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【摘要】：具有纳米级孔径的多孔阳极氧化铝(PAA)薄膜,因其制备工艺相对简单、制备仪器价格低廉、制备过程中的参数易于掌控、实际应用前景广阔,一直以来,深受科学研究人员的青睐。PAA除了在沉积制备一维纳米材料的科研工作中占重要地位外,随着结构色相关的科研工作的进一步的深入开展,它在仿生学领域亦愈受重视。近年来,本课题组在以PAA为母体制备具有结构色的复合薄膜方面已经取得了丰硕成果,这些薄膜可广泛应用于多功能防伪、装饰等领域。基于此,本文采用电化学方法制备了在可见光范围内具有高饱和度亮丽色彩的Zn@PAA薄膜和Ti O2薄膜,对样品采用了多种手段进行表征,并分别探讨了两种材料的成色机制。实验和理论研究的结果如下:(1)室温下,采用一次阳极氧化法,在磷酸电解液中制备了一系列PAA/Al薄膜。并以之为模板进行了Zn的交流电沉积,得到了颜色饱和度较高的Zn@PAA复合薄膜。表征结果显示:金属Zn的沉积增大了有效折射率、减弱了基底Al对光线的反射。另外,紫外可见反射光谱显示,可见光范围内观测到的最大反射波长λmax与自然光下观察到的薄膜颜色基本一致。制备的薄膜满足布拉格公式,其颜色为干涉色。(2)利用一次阳极氧化法,在高纯Ti片上制备了一系列高饱和度结构色的Ti O2薄膜,并且薄膜的颜色可以通过调节氧化时间来调控。对样品的表征结果表明短时间制备得到的超薄Ti O2薄膜是非连续薄膜;证明了薄膜厚度d80nm的超薄Ti O2薄膜的颜色为样品所吸收的色光的补色;而当薄膜厚度d80nm时,满足方程,表明结构色由干涉作用产生.(3)采用磁控溅射设备,在平整的Al表面溅射一层厚度约为400纳米的Ti薄膜。利用一次阳极氧化法,在Ti/Al上制备了一系列高饱和度结构色Ti O2薄膜,薄膜的颜色与第二部分实验结果类似:对于氧化时间短、薄膜厚度d80nm的样品结构色是由散射引起的,其颜色为样品所吸收的色光的色;而当薄膜厚度d80nm时,结构色由干涉作用产生。Bragg-Snell
【关键词】：薄膜 纳米材料 结构色 光学性质
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O484.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 结构色10-13
• 1.2.1 认识结构色10-11
• 1.2.2 结构色发展历程11-12
• 1.2.3 成色机制12-13
• 1.3 多孔阳极氧化铝13-14
• 1.4 选题背景及主要研究内容14-16
• 2 实验方法及仪器16-26
• 2.1 阳极氧化法16-19
• 2.1.1 阳极氧化制备PAA模板16-18
• 2.1.2 阳极氧化制备Ti O2样品18-19
• 2.2 电化学沉积法19
• 2.3 磁控溅射——镀膜溅射19-22
• 2.3.1 实验设备及其参数20-22
• 2.3.2 溅射制备的原材料及工作条件22
• 2.4 测试时使用的仪器设备22-26
• 2.4.1 冷场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）23-24
• 2.4.2 X射线衍射仪（XRD）24-25
• 2.4.3 紫外可见分光光度计（UV-vis）25-26
• 3 具有结构色的Zn@PAA薄膜的制备及表征26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 实验部分26-28
• 3.2.1 带铝基的PAA模板制备26-27
• 3.2.2 Zn元素的交流电沉积27
• 3.2.3 样品的表征手段27-28
• 3.3 结论及分析28-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 具有结构色的Ti O2/Ti薄膜的制备及表征34-41
• 4.1 引言34
• 4.2 实验部分34-36
• 4.2.1 样品的制备34-35
• 4.2.2 样品的表征35-36
• 4.3 结论与分析36-40
• 4.4 本章小结40-41
• 5 具有结构色的Ti O2/Ti/Al薄膜的制备及表征41-47
• 5.1 引言41
• 5.2 实验部分41-42
• 5.2.1 前期溅射41
• 5.2.2 复合薄膜的制备41-42
• 5.2.3 复合薄膜的表征42
• 5.3 结论与分析42-46
• 5.4 本章小结46-47
• 6 总结47-49
• 6.1 结论47-48
• 6.2 此文创新点48
• 6.3 此文结论工作展望48-49
• 参考文献49-56
• 致谢56-57
• 攻读学位期间取得的科研成果清单57

【参考文献】

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本文编号：418694