CN111074322A - 制备结构色图案的方法及其制得的结构色图案和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备结构色图案的方法及其制得的结构色图案和应用，涉及结构色技术领域，该方法首先在铝表面形成多孔氧化铝薄膜，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法在多孔氧化铝薄膜表面形成结构色图案。由上述制备方法制得的结构色图案颜色鲜艳、构图边界清晰，而且制得的结构色为物理色，相对于现有的颜料和色素等制得的图案具有对环境友好的优势。

Description

制备结构色图案的方法及其制得的结构色图案和应用
技术领域
本发明涉及结构色技术领域，尤其是涉及一种制备结构色图案的方法及其制得的结构色图案和应用。
背景技术
现在世界上已知颜色的存在原因有两种。一种是色素，但是广泛的存在于植物中；另一种是结构色。在以往的颜色应用中，大都是采用色素的方法，但是在制作颜色的时候，存在着大量问题，包括颜色工厂对于环境的污染，例如染在衣服上的颜色时常存在掉色的问题，毫无疑问这些色素对于我们的人体也是一种伤害。
结构色是一种光学效果，它是由生物体的周期性微结构而产生的，例如天然蛋白石，孔雀羽毛，蝴蝶翅膀，海老鼠毛，甲虫等。结构色是纯正的物理色，具有高饱和度、高亮度、永不退色、偏振效应、虹彩现象等特点，这些都是普通颜料、色素所不具备的。但目前的结构色在实际应用过程中一般只能形成一些较为简单的图案，很难形成精美的边界清晰的多颜色的构图。
因此，研究开发出一种形成结构色图案的方法，该方法制得的结构色图案具有颜色鲜艳、构图边界清晰以及环境友好的优势，必将受到市场的欢迎和认可。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种制备结构色图案的方法，上述方法制得的结构色图案颜色鲜艳、构图边界清晰，而且制得的结构色为物理色，相对于现有的颜料和色素等制得的图案具有对环境友好的优势。
本发明的第二目的在于提供一种结构色图案，该结构色图案主要由上述方法制备得到。
本发明的第三目的在于提供一种上述结构色图案在制备装饰产品中的应用。
本发明提供的一种制备结构色图案的方法，所述方法包括以下步骤：
首先在铝表面形成多孔氧化铝薄膜，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法在多孔氧化铝薄膜表面形成结构色图案。
进一步的，所述铝表面形成多孔氧化铝薄膜的方法包括电解氧化法。
更进一步的，所述电解氧化的电压为85～95伏，优选为90伏；
优选地，所述电解氧化的温度为5℃；
优选地，所述电解氧化的时间为3～18min。
进一步的，所述电解氧化的电解液包括硫酸、硝酸、磷酸、铬酸、硒酸、乙二酸、丙二酸、柠檬酸、苹果酸和羟基乙酸中的至少一种；
优选地，所述电解液包括磷酸。
更进一步的，所述电解液为浓度0.5～0.7mol/L的磷酸溶液；
优选地，所述磷酸溶液的浓度为0.6mol/L。
进一步的，所述光刻法中使用的光刻胶包括光刻工艺所使用的正性或负性光刻胶中的至少一种；
优选地，所述光刻胶包括紫外固化的光刻胶。
进一步的，所述光刻法中使用的显影液包括丙酮溶液。
进一步的，所述方法包括以下步骤：
(a)、利用电解氧化法在铝表面形成具有结构色的多孔氧化铝薄膜；
(b)、在步骤(a)形成的多孔氧化铝薄膜表面涂覆UV胶，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法将掩膜板下的结构色留在多孔氧化铝薄膜表面；
(c)、在掩膜版的保护下，进行第二次电解，得到与掩膜版相对应的图形的结构色；
所述不同的结构色通过调节电解氧化的时间形成；
优选地，所述方法包括以下步骤：
(a)、利用电解氧化法在铝表面形成具有结构色的多孔氧化铝薄膜；
(b)、在步骤(a)形成的多孔氧化铝薄膜表面涂覆光刻胶，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用光刻法将掩膜板下的结构色留在多孔氧化铝薄膜表面；
(c)、在不揭除掩膜板的条件下，利用电解氧化法在掩膜板以外的多孔氧化铝薄膜表面形成不同的结构色；
所述不同的结构色通过调节电解氧化的时间形成；
(d)、在不同的掩膜版与电解时间的配合下，依次重复步骤(b)和步骤(c)，得到具有不同结构色的图案。
本发明提供的一种结构色图案，所述结构色图案主要由上述方法制备得到。
本发明提供的一种上述结构色图案在制备装饰产品中的应用；
优选地，所述装饰产品包括建筑外观装饰产品、室内装饰产品、手机壳装饰产品以及衣物装饰产品中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的制备结构色图案的方法，该方法首先在铝表面形成多孔氧化铝薄膜，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用光刻法在多孔氧化铝薄膜表面形成结构色图案。由上述制备方法制得的结构色图案颜色鲜艳、构图边界清晰，而且制得的结构色为纯正的物理色，相对于现有的颜料和色素等制得的图案具有对环境友好的优势。
本发明提供的结构色图案，该结构色图案主要由上述方法制备得到，具有颜色鲜艳、构图边界清晰以及对环境友好的优势。
本发明提供的上述结构色图案可以广泛应用于装饰产品的制备过程中，例如在建筑外观装饰产品、室内装饰产品、手机壳装饰产品以及衣物装饰产品中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备得到的结构色；
图2为本发明实施例2制备得到的结构色；
图3为本发明实施例3制备得到的结构色；
图4为本发明实施例4制备得到的结构色；
图5为本发明实施例5制备得到的形成复杂颜色的结构色图案。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，一种制备结构色图案的方法，所述方法包括以下步骤：
首先在铝表面形成多孔氧化铝薄膜，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法在多孔氧化铝薄膜表面形成结构色图案。
本发明提供的制备结构色图案的方法，该方法首先在铝表面形成多孔氧化铝薄膜，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用光刻法在多孔氧化铝薄膜表面形成结构色图案。由上述制备方法制得的结构色图案颜色鲜艳、构图边界清晰，而且制得的结构色为纯正的物理色，相对于现有的颜料和色素等制得的图案具有对环境友好的优势。
上述结构色的成色机理，基于布拉格公式：
Figure BDA0002352599090000051
其中n为多孔氧化铝薄膜的折射率；d为腐蚀的多孔氧化铝薄膜的厚度；θ为光线的入射角，即观察的角度；m为干涉能级；λ为波长。通过改变电解的条件，我们可以得到不同的能级的干涉光，意在得到做好的颜色。
在本发明的一种优选实施方式中，所述铝表面形成多孔氧化铝薄膜的方法包括电解氧化法。
在上述优选实施方式中，所述电解氧化的阳极为铝片，所述电解氧化的阴极为石墨。
在上述优选实施方式中，所述电解氧化的电压为85～95伏，优选为90伏；
在上述优选实施方式中，所述电解氧化的温度为5℃；
在上述优选实施方式中，所述电解氧化的时间为3～18min。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电解氧化的电解液包括硫酸、硝酸、磷酸、铬酸、硒酸、乙二酸、丙二酸、柠檬酸、苹果酸和羟基乙酸中的至少一种；
优选地，所述电解液包括磷酸。
在上述优选实施方式中，所述电解液为浓度0.5～0.7mol/L的磷酸溶液；
优选地，所述磷酸溶液的浓度为0.6mol/L。
在本发明的一种优选实施方式中，所述光刻法中使用的光刻胶包括光刻工艺所使用的正性或负性光刻胶中的至少一种；
优选地，所述光刻胶包括紫外固化的光刻胶。
在本发明的一种优选实施方式中，所述光刻法中使用的显影液包括丙酮溶液。
优选地，所述丙酮溶液为纯度100％的丙酮溶液。
在本发明的一种优选实施方式中，所述方法包括以下步骤：
(a)、利用电解氧化法在铝表面形成具有结构色的多孔氧化铝薄膜；
(b)、在步骤(a)形成的多孔氧化铝薄膜表面涂覆UV胶，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法将掩膜板下的结构色留在多孔氧化铝薄膜表面；
(c)、在掩膜版的保护下，进行第二次电解，得到与掩膜版相对应的图形的结构色；
所述不同的结构色通过调节电解氧化的时间形成；
优选地，所述方法包括以下步骤：
(a)、利用电解氧化法在铝表面形成具有结构色的多孔氧化铝薄膜；
(b)、在步骤(a)形成的多孔氧化铝薄膜表面涂覆光刻胶，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用光刻法将掩膜板下的结构色留在多孔氧化铝薄膜表面；
(c)、在不揭除掩膜板的条件下，利用电解氧化法在掩膜板以外的多孔氧化铝薄膜表面形成不同的结构色；
所述不同的结构色通过调节电解氧化的时间形成；
(d)、在不同的掩膜版与电解时间的配合下，依次重复步骤(b)和步骤(c)，得到具有不同结构色的图案。
根据本发明的一个方面，一种结构色图案，所述结构色图案主要由上述方法制备得到。
本发明提供的结构色图案，该结构色图案主要由上述方法制备得到，具有颜色鲜艳、构图边界清晰以及对环境友好的优势。
根据本发明的一个方面，一种上述结构色图案在制备装饰产品中的应用；
本发明提供的上述结构色图案可以广泛应用于装饰产品的制备过程中，例如在建筑外观装饰产品、室内装饰产品、手机壳装饰产品以及衣物装饰产品中。
在本发明的一种优选实施方式中，所述装饰产品包括建筑外观装饰产品、室内装饰产品、手机壳装饰产品以及衣物装饰产品中的任意一种。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例1
一种结构色图案的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将抛光剪裁好的铝片放在铜电极上，并覆盖好垫圈，将铜电极固定好在电解槽上，将配置好的磷酸溶液0.6mol/L倒入电解槽直至浸过铜电极，在阴极用石墨，准备就绪后，打开电源，调至预设的电压值90V，温度为5℃，待电流稳定后，准备秒表进行计时，约11分钟切断电源。得到绿色的结构色。
图1为实施例1制备得到的结构色。
实施例2
一种结构色图案的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将抛光剪裁好的铝片放在铜电极上，并覆盖好垫圈，将铜电极固定好在电解槽上，将配置好的磷酸溶液0.6mol/L倒入电解槽直至浸过铜电极，在阴极用石墨，准备就绪后，打开电源，调至预设的电压值90V，温度为5℃，待电流稳定后，准备秒表进行计时，约12分钟切断电源。得到黄色的结构色。
图2为实施例2制备得到的结构色。
实施例3
一种结构色图案的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将抛光剪裁好的铝片放在铜电极上，并覆盖好垫圈，将铜电极固定好在电解槽上，将配置好的磷酸溶液0.6mol/L倒入电解槽直至浸过铜电极，在阴极用石墨，准备就绪后，打开电源，调至预设的电压值90V，温度为5℃，待电流稳定后，准备秒表进行计时，约13分钟切断电源。得到橙色的结构色。
图3为实施例3制备得到的结构色。
实施例4
一种结构色图案的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将抛光剪裁好的铝片放在铜电极上，并覆盖好垫圈，将铜电极固定好在电解槽上，将配置好的磷酸溶液0.6mol/L倒入电解槽直至浸过铜电极，在阴极用石墨，准备就绪后，打开电源，调至预设的电压值90V，温度为5℃，待电流稳定后，准备秒表进行计时，约14分钟切断电源。得到红色的结构色。
图4为实施例4制备得到的结构色。
实施例5
本实施例以图5所示的复杂颜色的结构色图案为例，对本申请结构色图案的制备方法进行说明。
图5为实施例5得到的形成复杂颜色的结构色图案。
一种形成复杂颜色的结构色图案的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)、第一次电解：将抛光剪裁好的铝片放在铜电极上，并覆盖好垫圈，将铜电极固定好在电解槽上，将配置好的磷酸溶液0.6mol/L倒入电解槽直至浸过铜电极，在阴极用石墨，准备就绪后，打开电源，调至预设的电压值90V，待电流稳定后，准备秒表进行计时，约4分钟，切断电源。第一次得到的颜色是图5中图案的底色。第一次电解之后，用去离子水进行清洗并干燥。
(2)、第一次光刻：在隔绝紫外线的环境中，用黄光灯照明，在多孔氧化铝薄膜基材上均匀的涂好厚度一致的紫外固化的光刻胶，中干燥，除去多余的溶剂。待紫外固化的光刻胶干燥后，将掩膜版轻轻的精确地覆盖在载体基板上，打开紫外灯预热，然后进行曝光，紫外灯大约距离平台40cm，曝光大约1分钟左右，观察到紫外胶在紫外灯下呈现半透明状态。用镊子轻拉掩膜版，发现掩膜版与载体之间已经固定即可。如果发现有松动，则继续曝光，直至固定。
在曝光之后，考虑到多孔氧化铝薄膜基材在传统的光刻工艺的显影的溶液(碱液)下会腐蚀，本申请采用丙酮去显影，在丙酮显影液中浸泡一定时间后，溶掉了掩膜板外的光刻胶，保留下来掩膜板下的图形颜色，然后进行坚膜。
所述丙酮作为显影液的浓度为丙酮原液与去离子水以1:2的比例复配。
(3)、第二次电解：由于溶掉了掩膜板外的光刻胶，多孔氧化铝薄膜基材上掩膜板外的地方裸露在外面，再次电解，就可以得到图5中的三条棱线的颜色。
(4)、第二次光刻：待步骤(3)得到图5中的三条棱线的颜色后，采用浓度为100％的丙酮原液去胶，具体方法为：在丙酮原液中浸泡，并进行震荡加热，加快光刻胶的溶解。将光刻胶溶解后，用去离子水进行清洗并干燥。
干燥后在多孔氧化铝薄膜基材均匀涂上紫外固化的光刻胶，涂胶之后前烘，除去光刻胶中多余的溶剂。将掩膜版中圆环的部分轻轻的覆盖在干燥的光刻胶上，进行紫外光照射曝光，显影，我们得到的是圆环的裸露，坚膜。
(5)、第三次电解：将步骤(4)坚膜后的多孔氧化铝薄膜基材再进行第三次电解，步骤同上。得到圆环部分的颜色之后，去胶，清洗并干燥，得到图5所示的复杂颜色的结构色图案。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种制备结构色图案的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
首先在铝表面形成多孔氧化铝薄膜，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法在多孔氧化铝薄膜表面形成结构色图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝表面形成多孔氧化铝薄膜的方法包括电解氧化法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电解氧化的电压为85～95伏，优选为90伏；
优选地，所述电解氧化的温度为5℃；
优选地，所述电解氧化的时间为3～18min。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电解氧化的电解液包括硫酸、硝酸、磷酸、铬酸、硒酸、乙二酸、丙二酸、柠檬酸、苹果酸和羟基乙酸中的至少一种；
优选地，所述电解液包括磷酸。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电解液为浓度0.5～0.7mol/L的磷酸溶液；
优选地，所述磷酸溶液的浓度为0.6mol/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中使用的光刻胶包括光刻工艺所使用的正性或负性光刻胶中的至少一种；
优选地，所述光刻胶包括紫外固化的光刻胶。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中使用的显影液包括丙酮溶液。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)、利用电解氧化法在铝表面形成具有结构色的多孔氧化铝薄膜；
(b)、在步骤(a)形成的多孔氧化铝薄膜表面涂覆UV胶，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法将掩膜板下的结构色留在多孔氧化铝薄膜表面；
(c)、在掩膜版的保护下，进行第二次电解，得到与掩膜版相对应的图形的结构色；
所述结构色通过调节电解氧化的时间形成；
优选地，所述方法包括以下步骤：
(a)、利用电解氧化法在铝表面形成具有结构色的多孔氧化铝薄膜；
(b)、在步骤(a)形成的多孔氧化铝薄膜表面涂覆光刻胶，随后将掩膜板覆盖于多孔氧化铝薄膜上，采用仿光刻法将掩膜板下的结构色留在多孔氧化铝薄膜表面；
(c)、在不揭除掩膜板的条件下，利用电解氧化法在掩膜板以外的多孔氧化铝薄膜表面形成不同的结构色；
所述结构色通过调节电解氧化的时间形成；
(d)、在不同的掩膜版与电解时间的配合下，依次重复步骤(b)和步骤(c)，得到具有不同结构色的图案。
9.一种结构色图案，其特征在于，所述结构色图案主要由权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。
10.一种根据权利要求9所述的结构色图案在制备装饰产品中的应用；
优选地，所述装饰产品包括建筑外观装饰产品、室内装饰产品、手机壳装饰产品以及衣物装饰产品中的任意一种。
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