基本信息
- 项目名称：
- 阳极氧化铝光子晶体着色技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 利用光子晶体概念对铝或铝合金进行着色是一个全新的概念，相对于目前在用的电解着色，具有颜色鲜艳、调控范围宽且方便、制备过程简单环保等优势。该作品的突出特点是用电压模拟法创新性地解决了氧化铝光子晶体大规模生产的可控性问题，其关键技术在电子产品铝合金外壳、建筑装饰铝合金表面着色处理等方面具有广泛的用途。
- 详细介绍：
- 创新点： 1）全新的结构色着色概念。利用微观结构周期性排列的材料具有的光学禁带，形成结构色薄膜，来对铝着色是一种全新的着色理念。它一步阳极氧化完成、不需要电沉积金属、不添加任何涂料染料，相对于传统的电解着色或者喷涂着色这些化学着色具有多方面的突出优势。 2）新型的光子晶体制备方法。本作品创新性的利用电压模拟法解决了氧化铝光子晶体在铝基上直接显色的技术难题，并且此方法相对于传统电流控制法可控性好、廉价、方便应用于异形体零件、适用于大规模生产。 3）立体图案着色。本作品创新性地结合了丝网印刷技术和多次阳极氧化技术，实现了多层光子晶体的立体图案刻画。这种技术在防伪商标和装饰装潢材料上有广泛应用前景。 4.技术关键： 1）阳极氧化装置 通过计算机中我们自己利用工程软件LABVIEW编写的控制程序，控制电源源输出一定波形的电压，并且可以任意改变氧化周期数、氧化时间、氧化电压幅值、电压变化趋势等参数，同时采集相应的电流，从而精确控制氧化反应的进程。 2）阳极氧化电压波形 利用合适的周期性阳极氧化电压进行氧化，使得氧化铝的生长电流高低交替，得到空隙率周期性变化的氧化铝管道，是得到具有光学禁带的光子晶体的关键。氧化电压波形将直接影响薄膜的微观结构，从而成为影响着色铝光学性能的最关键因素。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 工艺简单、稳定、廉价：本方法利用周期性电压得到层状光子晶体薄膜，因此只需要一步阳极氧化，就完成着色全过程，并且过程中需要的电压源成本低廉。 环保无污染：过程中只需使用可循环使用的硫酸溶液，不涉及任何高污染的沉积液与染料。 颜色范围宽，调节方便：本方法可在可见光谱内任意调节颜色，没有色系局限。并且根据Bragg-Snell定律和电流积分理论，可通过氧化时间方便地调节颜色。 可以说，结构色着色相对于现在正在使用的着色技术具有多方面的突出优势，在技术上取得了突破。
科学性、先进性
- 科学性与先进性： 先进的着色技术与全新的着色概念：
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用范围与推广前景： 1）电子产品外壳及装饰装潢材料：本方法在手机壳、 笔记本外壳、MP3外壳、以及一些建筑装饰铝合金等多 种产品上，都有广泛应用前景和可观的经济效益潜力。 2）防伪商标：本方法制备的带有立体图案的着色样品带有三维图案和颜色信息，难以模仿，在防伪商标行业有应用前景。 目前，我们已经在实验室制备出了各种颜色的手机壳、名片夹等样品，证明了本方法在铝合金应用上的可行性与潜力。由于本方法成本低廉、工艺简单，以及铝合金型材的市场广泛，光子晶体着色法将具有广泛的应用前景和巨大的潜在经济效益。
同类课题研究水平概述
- 最近，Wang等人在阳极氧化过程中使用周期性变电压法，制备了另一种新结构的AAO光子晶体[15][16]。据他们的报道，这种类型的光子晶体的光学禁带可以通过化学腐蚀的时间来调解。很明显，这种方法提供了一条更快速、更廉价的途径来制备光子晶体，并且能实现大面积的制备。Zou [17]等在室温下，硫酸溶液中利用变电流法制备了不同层数的光子晶体，为制备AAO光子晶体制备提出了新的方法。这种变电流法得到的光子晶体在结构上能够实现空隙率的突变，从而得到比变电压法带隙更深的光子晶体。 但是，变电流法制备出的光子晶体，由于铝基的高反射，仍然需要去除铝基后才能看到光学禁带的颜色。以往研究中的光子晶体无法直接显色，因此在铝及其合金的着色应用上受到很大局限。而且变电流法的氧化电流是基于一定的电流密度和样品面积计算出来的，因此在形状复杂，或着印有复杂图案等面积难以确定的样品上，不能得到应用。因此本作品的电压模拟法，相对于以往研究，具有设备和工艺简单、可直接显色、以及可应用于各种异形体的优势。
