一種Co納米線/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜、制備方法及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)腐蝕和電化學(xué)沉積技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Co納米線/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜、制備方法及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔陽極氧化銷(Porous Anodic Alumina)，簡稱PAA，是將高純銷置于酸性電解液中在低溫下經(jīng)陽極氧化而制得的具有自組織的高度有序納米孔陣列結(jié)構(gòu)。它由阻擋層和多孔層構(gòu)成，緊靠金屬鋁表面是一層薄而致密的阻擋層，多孔層的膜胞為六邊緊密堆積排列，每個(gè)膜胞中心都有一個(gè)納米級(jí)的微孔，孔的大小比較均勻，且與鋁基體表面垂直，彼此平行排列。多孔陽極氧化鋁膜制備工藝簡單，孔的形貌和大小還可以隨電解條件不同在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控，此外具有納米孔洞的多孔陽極氧化鋁薄膜是寬帶隙金屬氧化物半導(dǎo)體材料，具有熱穩(wěn)定性、抗腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性和高介電常數(shù)，在有序納米結(jié)構(gòu)的合成中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]結(jié)構(gòu)色是由于復(fù)色光(例如自然光)經(jīng)薄膜的上表面和下表面反射后相互干涉而產(chǎn)生。多孔氧化鋁薄膜各處的厚度相同，由于等傾干涉可以呈現(xiàn)出單一結(jié)構(gòu)色。單一結(jié)構(gòu)色的顏色取決于多孔氧化鋁薄膜的厚度，但顏色飽和度較低。隨著光子晶體研宄的深入，關(guān)于氧化鋁薄膜的結(jié)構(gòu)色問題也有了一定的研宄。
[0004]1969年，Diggle等人報(bào)道在可見光范圍內(nèi)，有鋁基支撐的氧化鋁薄膜當(dāng)厚度小于I μπι時(shí)因光干涉作用會(huì)產(chǎn)生明亮的顏色。2007年，日本東北大學(xué)Wang等人報(bào)道利用CVD技術(shù)在氧化鋁薄膜上沉積碳納米管后，制備出了顏色飽和度較高的氧化鋁薄膜。隨后，2010年，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研宄院固體所趙相龍博士在碳管復(fù)合氧化鋁復(fù)合薄膜顏色的調(diào)控研宄方面取得了重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳管復(fù)合氧化鋁復(fù)合薄膜顏色的精細(xì)調(diào)控。2011年，河北師范大學(xué)孫會(huì)元教授小組采用多次氧化法制備了具有變化彩條特征的氧化鋁復(fù)合薄膜。2013年河北民族師范學(xué)院采用一次氧化工藝制備孔深漸變且具有虹彩環(huán)形結(jié)構(gòu)色的氧化鋁薄膜，但是其結(jié)構(gòu)色飽和度較低，同時(shí)薄膜的物性單一。
[0005]為了提高多孔氧化鋁薄膜結(jié)構(gòu)色的飽和度和豐富其物性，近年來，研宄者們將視線集中在了以多孔陽極氧化鋁為模板，采用交流電沉積或直流電沉積制備納米材料與多孔氧化鋁薄膜的復(fù)合材料上，例如，2006年Xu等采用多孔陽極氧化鋁為模板，以50g/L的CoSO4.7H20和30g/L的H3BO3為電解液，在電壓為20V、pH值為3.0-4.0，溫度為30 °C條件下交流電沉積15min制備了鈷納米線陣列，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，制備的純鈷納米線陣列為非晶結(jié)構(gòu)(Fabricat1n of amorphous Co and Co-P nanometer array with differentshapes in alumina template by AC electrodeposit1n， Materials Letters，2006，60(17):2069-2072)。2014年張志俊研宄了 PAA@M(M = Ag,Co)復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)色，以60g/L的CoSO4.7H20，5g/L的抗壞血酸和30g/L的H3BO3為電解液在15°C，電壓為15V，pH值大概在3.5左右的條件下，制備了 PAAOC0復(fù)合薄膜，但是復(fù)合薄膜的Co沒有沉積到PAA孔中，而是沉積到了 PAA表面。
[0006]目前關(guān)于Co/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜的研宄大多為通過一次制備工藝得到單一結(jié)構(gòu)色，同一片薄膜具有相同的微觀結(jié)構(gòu)。而關(guān)于通過一次制備工藝得到厚度從薄膜中心處向四周遞減并且同一薄膜上不同區(qū)域具有不同的微觀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)虹彩環(huán)形結(jié)構(gòu)色的Co納米線/氧化鋁復(fù)合薄膜還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種Co納米線/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜、制備方法及其用途，所述復(fù)合薄膜的厚度從薄膜中心處向四周遞減，呈現(xiàn)虹彩結(jié)構(gòu)色，且具有較高的顏色飽和度，同時(shí)具有光學(xué)和磁學(xué)特性。
[0008]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明所述薄膜中心處無特殊情況說明均是指薄膜的幾何中心。
[0010]一方面，本發(fā)明提供了一種Co納米線/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜，所述復(fù)合薄膜包括Co納米線和多孔氧化鋁薄膜，所述Co納米線位于所述多孔氧化鋁薄膜的孔洞中，所述氧化鋁薄膜的厚度從薄膜中心處向四周遞減。
[0011]本發(fā)明提供的Co納米線/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜，能夠呈現(xiàn)出高飽和度的虹彩結(jié)構(gòu)色。其原理如下:多孔氧化鋁薄膜的厚度從薄膜中心處向四周遞減，因此能夠呈現(xiàn)出虹彩結(jié)構(gòu)色，但是此時(shí)結(jié)構(gòu)色的飽和度較低，為了提高虹彩結(jié)構(gòu)色的飽和度，使Co納米線與多孔氧化鋁薄膜的復(fù)合，Co納米線能夠減弱多孔氧化鋁薄膜中鋁和氧化鋁的界面反射光，提高結(jié)構(gòu)色飽和度。
[0012]所述多孔氧化鋁薄膜的厚度從薄膜中心處向四周對(duì)稱性遞減。所述多孔氧化鋁薄膜的厚度從薄膜中心處向四周對(duì)稱性遞減使得所述Co納米線/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜能夠呈現(xiàn)出高飽和度的環(huán)形虹彩結(jié)構(gòu)色。
[0013]優(yōu)選地，所述多孔氧化銷薄膜的厚度為1500nm以下，如10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、lOOOnm、IlOOnm、1200nm、1300nm、1400nm或1450nm等。在此厚度范圍，多孔氧化銷薄膜能夠呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)色。
[0014]所述多孔氧化鋁薄膜孔洞中的Co納米線長度相同。
[0015]優(yōu)選地，所述Co納米線的長度為100?900nm，如150nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm 或 850nm 等。
[0016]另一方面，本發(fā)明提供了一種如上所述的Co納米線/多孔氧化鋁復(fù)合薄膜的制備方法，所述方法為在厚度從薄膜中心處向四周遞減的多孔氧化鋁薄膜的孔洞內(nèi)沉積Co納米線。
[0017]所述厚度從薄膜中心處向四周遞減的氧化鋁薄膜通過如下方法獲得:將鋁箔作為類點(diǎn)電極的對(duì)電極，通過類點(diǎn)電極氧化，獲得厚度從薄膜中心處向四周遞減的多孔氧化鋁薄膜。
[0018]本發(fā)明所述類點(diǎn)電極為在電壓高于110V，電極間距為4?6cm的情況下，能夠形成與點(diǎn)電極類似電場的電極。
[0019]優(yōu)選地，所述類點(diǎn)電極氧化的電壓為110?125乂，如111V、113V、115V、117V、119V、120V、121V、122V、123V 或 124V 等。
[0020]優(yōu)選地，所述類點(diǎn)電極氧化過程中陽極與陰極之間的距離為4?6cm，如4cm、5cm或6cm等。
[0021]優(yōu)選地，所述類點(diǎn)電極為碳棒，碳棒在高電場條件下作用效果類似點(diǎn)電極，故在高電場下碳棒成為類點(diǎn)電極。
[0022]優(yōu)選地，所述類點(diǎn)電極氧化的時(shí)間為20?40s，如21s、23s、25s、27s、29s、30s、31s、32s、33s、35s、36s、37s 或 39s 等。
[0023]優(yōu)選地，所述類點(diǎn)電極氧化的電解液為4.75?5.25wt %的磷酸，如濃度為
4.8wt %、4.85wt %、4.9wt %、4.95wt %、5.0wt %、5.05wt %、5.Iwt %、5.15wt % 或 5.2wt %
等的磷酸。
[0024]在保持電極間距4?6cm和高電壓(高場)條件下，陰極碳棒的作用效果類似點(diǎn)電極，形成的電場線為輻射狀，電流密度由薄膜中心處向四周遞減。這樣在氧化時(shí)間內(nèi)能夠獲得厚度從薄膜中心處向四周遞減的多孔氧化鋁薄膜。進(jìn)行所述沉積Co納米線步驟