快速形成表面电浆子结构层的方法技术

本发明专利技术提出一种形成表面电浆子结构层的方法，其包括：提供一基材；以及于一碱性电解质对基材进行阳极处理，使基材的一表面反应成电浆子结构层。藉由此方法，可于短时间内将基材表面反应成电浆子结构层。

【技术实现步骤摘要】
快速形成表面电浆子结构层的方法
本专利技术涉及一种形成表面电浆子结构层的方法，且特别有关于一种快速形成表面电浆子结构层的方法。
技术介绍
色彩来自于颜料色素、生物发光、或结构。结构性色彩主要藉由光与纳米结构的周期排列间的作用所产生的，其包含干涉(interference)、衍射(diffraction)、散射(scattering)、或共振吸收(resonanceabsorption)。如此一来，可导致电磁波于特定光波长下反射。依生物学的观点，许多物种的局部区域具有结构性色彩，如孔雀尾巴、蝴蝶翅膀、Selaginellaflora的叶片、海毛虫的刺，这些区域具有纳米结构的1D、2D、或3D排列(亦称作「光子晶体」)。另外，也发现到许多类型的周期性纳米结构能提供结构性色彩，如多层、孔洞、凹槽、光栅、半球、不同形状的纳米颗粒。与前述电磁波结构性作用类似的物理机制最早由Wood于1902年提出(见PhilosophicalMagazineSeries4(1902)396)，而他于金属衍射光栅中发现异常的波衍射。之后，Fano与Hessel提出这种异常为传播平面波与材料表面共振所致(见J.Opt.Soc.Am.31(1941)213、Appl.Opt.4(1965)1275)。一旦入射电磁波进入金属-介电接口(包含真空)时，无近接口电子会于金属表面产生极化电荷，并引发集合电偶极振荡。这种固态材料特性可用电浆概念描述成表面电浆子共振。经过70年代广泛应用表面增强拉曼散射(surfaceenhancedRamanscattering，SERS)后，表面电浆子共振科学于近十年已发展为关键并广泛地获得研究与应用；而且，数种相关技术与产品，如电浆子传感器、纳米压印，已应运而生。电浆子结构性色彩材料具备许多优势，如色彩滤光、彩色印刷，并可应用于显示技术。它的价值已吸引许多的研究兴趣，特别是其亮度特性，如色彩饱和度、入射角、对应的纳米结构。电浆子结构性色彩材料已于多种纳米排列结构中取得，包含孔洞、颗粒、光栅、或金属-介电-金属等结构。然而，熟知的是相较于纳米尺度的金属柱、孔洞、与块状金属，纳米尺度金属半球于介电主体上的排列可于不同光波长下提供最大吸收速率。尤其是，真空沉积系统所制的纳米颗粒的成本与复杂性相当高。阳极氧化铝处理为一种非真空制造表面电浆子结构性色彩薄膜的方法。成长-蚀刻-成长三步骤处理已可制造出高序六角晶格结构。此外，施予的电压、电流模式、电解质浓度、与溶液温度等参数已可精准控制阳极氧化铝薄膜的孔洞尺寸。但于多数情况下，于酸性溶液中制造自序的纳米尺度的孔洞结构为不利的，因为相较致密且平面的阳极氧化铝涂层的制造，其须要长达数小时至数日的处理时间。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于解决习用阳极处理所耗费的时间过长的问题。于是，为解决上述问题，本专利技术提出一种形成表面电浆子结构层的方法，其包括：提供一基材；以及于一碱性电解质对基材进行阳极处理，使基材的一表面反应成电浆子结构层。于一实施方式中，所述的基材为一金属基材。于一实施方式中，所述的基材为一含铝基材。于一实施方式中，所述的基材为一铝合金基材。于一实施方式中，所述的电浆子结构层为一γ-Al2O3层。于一实施方式中，所述的碱性电解质为一含矽酸根与磷酸根的电解质。于一实施方式中，所述的碱性电解质含有KOH、Na4P2O7·10H2O、及Na2SiO3。于一实施方式中，所述的碱性电解质的pH为10至14。于一实施方式中，所述的阳极处理采用直流电模式。于一实施方式中，所述的阳极处理施予7.5至40mA·cm-2的电流密度。于一实施方式中，所述的方法更包括：形成一金属层于电浆子结构层的一表面上。综上，相较于于酸性电解质下进行的阳极处理，本方法可快速将基材表面反应成电浆子结构层。附图说明图1A为照片图，显示金属-介电-金属结构的外观。图1B为CIE1931色度坐标图，确认金属-介电-金属结构的反射色彩。图2为时间-电压关系图，说明施予不同电流密度下所对应的电压。图3为扫描式电子显微镜照片图，呈现施予不同电流密度下所得的阳极氧化铝涂层的剖面结构。图4为扫描式电子显微镜照片图，呈现施予不同电流密度下所得的阳极氧化铝涂层的表面外观。图5为X射线散射技术结果图，说明阳极氧化铝涂层的组成。图6A为利用电化学阻抗频谱所得的全频率复杂图，说明阳极氧化铝涂层的特性。图6B为利用电化学阻抗频谱所得的波特图，说明阳极氧化铝涂层的特性。图6C为利用电化学阻抗频谱所得的频率105至400Hz的Nyquist阻抗多个平面图，说明阳极氧化铝涂层的特性。图7A为紫外光波段亮度分析结果图，说明阳极氧化铝涂层的反射光波长。图7B为可见光波段亮度分析结果图，说明阳极氧化铝涂层的反射光波长。图8为紫外光波段亮度分析结果图，说明金属-介电-金属结构的反射光波长。图9为可见光波段亮度分析结果图，说明金属-介电-金属结构的反射光波长。图10为CIE1931色度坐标图，确认不同金涂层厚度的金属-介电-金属结构的反射色彩。具体实施方式为让本专利技术上述及/或其他目的、功效、特征更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明：＜实验例＞一、铝样本的前处理因广泛的使用与低成本选择AA6061铝合金作为基材。将铝样本裁成20x20mm片体，并对所有表面研磨以具有约0.1μm的中心线平均粗糙度(Ra)。接着，以螺纹凿出M3x0.5的孔洞并与铝合金线连接以确保能与电源供应器间良好电性连接。最后，以超音波震荡去除铝合金样本上残物，并以常温的去离子水与丙酮去除其污渍。二、于含矽酸与磷酸电解质中阳极处理以一配置有冷却与搅拌系统的5L不锈钢槽作为对应电极，而电解质温度维持约25℃。将铝合金样本固定于中央处以确保电场于二主要可视表面平均分布。接着，于碱性电解质(pH12)中对完全研磨过的铝合金样本(表面积1,600mm2)进行阳极处理，而电解质含1g/LKOH、2g/LNa4P2O7·10H2O、及2g/LNa2SiO3。采用直流电模式进行每次阳极氧化铝处理，而于此模式下施予电流约1分钟，持续期间中所施予的电流密度为7.5至40mA·cm-2。三、后处理利用溅镀方式施予一金涂层于阳极氧化铝处理过的表面上以为表面电浆子共振制造出金属-介电-金属三明治结构，溅镀沉积速率约为0.35nm/s；此外，此方式会形成外金属层。另为研究外金属层厚度对表面电浆子共振的影响，涂覆时间为10至40秒。四、特性分析用场发射扫描式电子显微镜(S-4800，Hitachi)分析电浆子结构性色彩样本的表面外观形貌与特征。另采用能量色散X射线光谱(energydispersiveX-rayspectroscopy)测定阳极氧化铝涂层的组成。为进一步研究阳极氧化铝涂层的剖面结构，于2x2mm且一端封闭的铝箔纸上重复操作上述实验以测量阳极氧化铝涂层厚度。之后，将剩余的基材浸于氯化铜溶液(13.5g溶解于100mL氯化氢)中以移除之。接着，再以场发射扫描式电子显微镜分析去除处理过的阳极氧化铝涂层的外观形貌。另方面，因须导电状态来通过扫描式电子显微镜研究涂层外观形貌，所有制备的样本须涂布金约20秒。选用X射线散射技术(掠射角0.1度)来确认所形成的薄膜的组成。最后，利用电化学阻抗频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成电浆子结构层的方法，其特征在于，包括：提供一基材；以及于一碱性电解质对该基材进行阳极处理，使该基材的一表面反应成该电浆子结构层。

【技术特征摘要】
1.一种形成电浆子结构层的方法，其特征在于，包括：提供一基材；以及于一碱性电解质对该基材进行阳极处理，使该基材的一表面反应成该电浆子结构层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该基材为一含铝基材。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该基材为一铝合金基材。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该电浆子结构层为一γ-Al2O3层。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该碱性电解质为一含矽酸根与磷酸根的电解质。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：梁辰睿，
申请(专利权)人：逢甲大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71