一种用于扫描电子显微镜测定的珠光颜料截面样品的制备方法及测定方法技术

技术编号:19816839 阅读:23 留言:0更新日期:2018-12-19 13:03
本发明专利技术提供一种用于扫描电子显微镜测定的珠光颜料截面样品的制备方法及测定方法,所述制备方法包括:将液态碳导电胶和珠光颜料混合并涂覆在硅片一侧表面,干燥后得到固定有珠光颜料涂覆层的初始样品,所述珠光颜料至少包覆一层连续膜层且膜层厚度在2 nm以上;对所得初始样品进行离子束截面抛光,得到所述珠光颜料截面样品,所述离子束截面抛光的参数包括:离子束加速电压为3~7 kV;样品抛光时间可为120~480分钟;电流为1.5~3mA。

【技术实现步骤摘要】
一种用于扫描电子显微镜测定的珠光颜料截面样品的制备方法及测定方法
本专利技术涉及一种利用离子束截面抛光技术制备扫描电子显微镜观察的珠光颜料截面的方法,并利用扫描电子显微镜对珠光颜料膜层界面结合、缺陷、层数、厚度进行分析与测量的方法,属于珠光颜料材料领域。
技术介绍
珠光颜料是一种性能优异的无机功能材料,具有类似珍珠的独特光泽,能赋予物体珍珠般的光彩,呈现出一种深远的三维质感。珠光颜料的显微结构为片状多层核壳结构,其着色原理来自高反射“核”层材料与高折射“壳”层对入射光反射、折射和干涉的协同作用。常用的“核”层材料为大径厚比、薄片状、反射率高的云母、铝片、玻璃微片,而“壳”层材料为高折射率、透明金属氧化物,如二氧化钛(TiO2)、三氧化二铁(Fe2O3)、二氧化锡(SnO2)等。应用范围最广的是以云母为核,TiO2为壳,通过TiO2壳层厚调节显色效果的云母钛珠光颜料,因其优良的耐候性、无毒性、化学稳定性和丰富的色彩而迅速发展,被广泛应用于涂料、油墨、塑料、橡胶、纺织品、化妆品、包装用品、印刷装潢和建筑材料等许多领域。云母钛珠光颜料是无机珠光颜料中最有代表性品种,也是世界上生产最多和应用最为广泛的珠光颜料。云母钛珠光颜料微观结构分为两个部分:颜料核,即基材,如云母薄片;包覆层,指包覆于云母薄片上的氧化钛或其他金属氧化物亚纳米或纳米级粒子所组成的多晶膜,几何厚度约在300~700nm之间。研究认为这种“三明治”结构的多覆层的膜层数和层次是影响珠光光泽的重要因素,值的指出的是,层数不能无限增多,否则,不仅不能够改善光学性能,还可能由于光的“干涉相消”使其珠光效果变差。所以,对云母钛珠光颜料多覆层的膜层数和层次的准确表征是极为必要的。而对于单独包覆氧化钛的银白珠光颜料,随着颜料片上氧化钛多晶膜厚度的增加,珠光颜料的反射色光会从银白逐步变成金、黄、红、紫、蓝、绿等色调,被称为幻彩珠光颜料,可见膜层厚度的控制对获得理想色光的幻彩珠光颜料起着至关重要的作用。除此之外,要获得高光折射率和醒目的珍珠光泽的云母钛珠光颜料,颜料的二氧化钛多晶膜必须是均匀、致密和平滑,但是生产中某些工艺控制不当就会导致“膜缺陷”,对于“膜缺陷”的表征通常是在电镜观察下颜料片表面上是否存在沟槽、裂纹或空穴,但是对于颜料内部,尤其是膜层界面之间的缺陷如裂纹、空穴的表征却由于颜料截面样品难以制备很少被关注。而且随着生产和生活的发展,单层或者两层包覆的珠光颜料已不能满足人们的需要。色彩绚丽、光泽强烈、色相范围宽、遮盖力强,具有“视角闪色效应”(即变换不同角度可以观察到不同的干涉色)的多层复合珠光颜料越来越受导人们的青睐。例如USPat4434010制得的多层复合珠光颜料中,以强反射性金属物质(例如Al)为中间层,在其两侧都包覆上透明的折射率高的TiO2膜层和透明的折射率低的SiO2的膜层,该颜料能够显示出绿色到紫红色的颜色变化。Andes等提出了多层复合珠光颜料的基本构成和相关要求,他们指出:基材是薄片状的,且折射率在1.35-1.8之间,基材厚度为0.05-5μm,其它尺寸在2-100μm之间;第一层包膜的折射率n>1.8,该膜层厚度为1.5-400nm,20-350nm为最佳;第二层包膜的折射率在1.35-1.8之间,膜层厚度在30-600nm之间为最优;半透明的金属层包覆在基材上,或包覆在第一层包膜和第二层包膜之间,厚度为5-20nm。基材可选用SiO2、云母、Al2O3等物质,第一层包膜可选用TiO2、Fe2O3、ZrO2、ZnO、SnO2等,第二层包膜SiO2、Al2O3、AlO(OH)、B203等,半透明的金属层可选用Al、Cr、Ni、Ag或Cr-Ni合金。以上可见多层复合珠光颜料的结构具备包覆层层数多、膜厚尺寸范围广以及膜层成分更复杂的特点。对于多层包覆珠光颜料,以往研究认为,包覆层的层数与层次是影响其珠光光泽的重要因素,但是关于膜层厚度影响颜料颜色效果的报道并不多,不可否认膜层厚度精确检测方法的不成熟是制约研究多层包覆珠光颜料膜厚与变色关系的因素之一。除了膜层厚度、层数与层次对珠光颜料性能之外,膜层之间的结合,是否有裂纹或者气孔,都会影响对入射光反射、折射和干涉的协同作用,从而影响珠光颜料的光泽、颜色。而目前对于珠光颜料的显微分析,大多数是在云母的研磨与分级中,对云母薄片的大小以及分布状况进行粗略分析,借助扫描电子显微镜来观察颜料的表面形貌、裂纹、气孔等缺陷,对于膜厚的观察通常是选取其自然断面,但是由于珠光颜料的“核”层是大径厚比、薄片状的材料,这就导致样品多为平躺状态,只能大致观察到包覆层层数,无法准确测量膜厚,即使获得膜厚数据,由于倾斜角度影响,也会存在很大偏差;对于纳米级别的膜厚测量就更加难以实现,所以珠光颜料截面样品制备技术就至关重要。目前常用截面样品制备方法主要是机械抛光法,机械抛光法用于珠光颜料,首先需要使用树脂将粉体材料固定,将粉体颗粒分散于不导电的树脂中,即使获得截面样品在后续扫描电子显微镜观察时,也会产生图像漂移甚至荷电现象,一方面会影响对粉体内部纳米尺度显微结构的测量,另一方面也使对纳米尺度成分的分析更加困难。其次由于珠光颜料属于金属与无机复合、致密和松散结构复合,由于各组成单元在刚性、脆性等方面的差异,机械抛光会导致复杂结构的破坏,很有可能导致膜层之间产生缝隙,影响扫描电子显微镜观察的真实性;而且机械抛光会产生大量划痕,导致对于纳米级膜厚测量精度远远不够。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术旨在提供一种离子束截面抛光技术制备适合扫描电子显微镜观察的珠光颜料截面的方法,并利用扫描电子显微镜观察膜层界面结合、缺陷、覆膜均匀性,以及测量珠光颜料包覆层层数、厚度的新方法。一方面,本专利技术提供了一种利用离子束截面抛光技术制备用于扫描电子显微镜测定的珠光颜料截面样品的方法,包括:将液态碳导电胶(水基或者异丙醇基液态碳导电胶)和珠光颜料混合并涂覆在硅片一侧表面,干燥后得到固定有珠光颜料涂覆层的初始样品,所述珠光颜料至少包覆一层膜层且膜层厚度在2nm以上;对所得初始样品进行离子束截面抛光,得到所述珠光颜料截面样品,所述离子束截面抛光的参数包括:离子束加速电压为3~7kV;样品抛光时间可为120~480分钟;电流为1.5~3mA。针对珠光颜料导电性差的特点,在固定的珠光颜料工艺中,创新性的选择使用液态碳导电胶(液态碳导电胶材料为有粘性的可固化的碳材料),优势有三,一是成功固定了珠光颜料粉体样品;二是由于碳导电胶的导热性能优异,可以使离子束截面抛光生产的热量及时扩散,降低对材料的热损伤;三是在进行扫描电子显微镜测试时可以不用蒸镀导电膜直接进行观察,可以观察并测量到真实的结构与数据,避免了由于蒸镀产生的假象。较佳地,所述液态碳导电胶为水基液态碳导电胶、或异丙醇基液态碳导电胶。较佳地,所述液态碳导电胶和珠光颜料的质量比为1:(3~7),选择两者合适的比例,一方面影响珠光颜料涂覆层的成型与粘性,同时也影响珠光颜料截面样品的固含量。在扫描电子显微镜测试需要选择珠光颜料截面垂直于电子束方向的样品进行观察,才能得到准确的测量值,而且珠光颜料是大径厚比、薄片状的材料,珠光颜料在液态碳导电胶和珠光颜料混合物中空间位置是随本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种利用离子束截面抛光技术制备用于扫描电子显微镜测定的珠光颜料截面样品的方法,其特征在于,包括:将液态碳导电胶和珠光颜料混合并涂覆在硅片一侧表面,干燥后得到固定有珠光颜料涂覆层的初始样品,所述珠光颜料至少包覆一层连续膜层且膜层厚度在2 nm以上;对所得初始样品进行离子束截面抛光,得到所述珠光颜料截面样品,所述离子束截面抛光的参数包括:离子束加速电压为3~7 kV;样品抛光时间可为120~480分钟;电流为1.5~3mA。

【技术特征摘要】
1.一种利用离子束截面抛光技术制备用于扫描电子显微镜测定的珠光颜料截面样品的方法,其特征在于,包括:将液态碳导电胶和珠光颜料混合并涂覆在硅片一侧表面,干燥后得到固定有珠光颜料涂覆层的初始样品,所述珠光颜料至少包覆一层连续膜层且膜层厚度在2nm以上;对所得初始样品进行离子束截面抛光,得到所述珠光颜料截面样品,所述离子束截面抛光的参数包括:离子束加速电压为3~7kV;样品抛光时间可为120~480分钟;电流为1.5~3mA。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述液态碳导电胶为水基液态碳导电胶、或异丙醇基液态碳导电胶。3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述液态碳导电胶和珠光颜料的质量比为1:(3~7)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,先将负载有初始样品的样品台装入氩离子束抛光仪中,并使所述硅片未涂覆珠光颜料的一侧紧贴挡板,使得离子束先将硅片击穿后,再对其上珠光颜料进行抛光。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述珠光颜料涂覆层的厚度小于2mm。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其特征在于,所述硅片的厚度为0.1~0.5mm。7.一种利用扫描电子显微镜测定珠光颜料包覆层结构进...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘紫微王焱张积梅林初城华佳捷王墉哲姜彩芬曾毅
申请(专利权)人:中国科学院上海硅酸盐研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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