固體所多孔陽極氧化鋁薄膜顏色的精確調控研究取得進展

　　最近，中科院合肥物質科學研究院固體所趙相龍博士在導師孟國文研究員和等離子體所黃青研究員的共同指導下，在碳管與多孔氧化鋁組成的復合薄膜(表示為碳管@多孔氧化鋁)顏色的調控研究方面取得了重要進展，實現了對碳管@多孔氧化鋁復合薄膜的顏色的精細調控。該成果將在防偽領域有應用前景。

　　自然界中的一些光干涉結構(如鳥類的羽毛和蝴蝶翅膀等)，不僅有鮮艷的顏色，而且會隨人們觀察角度的不同而變化。光干涉結構在彩顯、裝飾和防偽等領域有廣泛的應用前景，人們已經構筑了一些人工光干涉結構，例如多層膜、硅微孔陣列和孔中嵌有金屬的陽極氧化鋁復合薄膜等。據報道，在多孔氧化鋁膜中生長碳納米管，可獲得由原位生長的碳管與多孔氧化鋁組成的復合薄膜，由于復合薄膜表面的反射光和氧化鋁/鋁基底界面上反射的出射光的干涉作用，會使這種復合薄膜呈現鮮艷的顏色。

　　此前研究發現，這種復合薄膜所呈現的顏色主要取決于可見光區具有最大反射率的干涉帶(Bmax)的位置，而Bmax隨膜厚度的變化而移動。這樣，似乎可以通過改變氧化鋁膜的厚度對復合薄膜的顏色調控。然而，由于Bmax對氧化鋁膜的厚度非常敏感，而且陽極氧化時多孔氧化鋁孔的生長速率又非常快，所以在實際中想通過陽極氧化的方法改變氧化鋁膜厚度進而調控復合薄膜顏色，是很難實現的，甚至是不可能的。

　　固體所趙相龍博士采用稀磷酸對多孔氧化鋁膜進行各向同性的緩慢腐蝕，在擴孔的同時減薄了其厚度，成功實現了對碳管@多孔氧化鋁復合薄膜的顏色，從橙紅色(未腐蝕)逐漸到藍綠色(磷酸腐蝕)的精細調控。進一步研究發現，如果不進行任何處理，則碳管@多孔氧化鋁復合薄膜的表面是疏水的。為了改變這種薄膜的表面性能，他們嘗試采用等離子體清洗的方法改善其親水性。發現經等離子清洗后，大孔徑的復合薄膜可以隨水的浸入發生明顯的顏色改變，這種現象可用于某些特殊場合的水濕度傳感器。

　　進一步，他們在多孔氧化鋁薄膜上事先設計和構筑一些圖案，然后對圖案的不同部分實施不同時間的腐蝕，結果得到的碳管@多孔氧化鋁復合薄膜呈現了不同顏色的圖案；并且圖案中每一部分的顏色隨觀察角度的改變發生明顯的變化。

　　最后，作為一種有趣功能化的演示，他們在磷酸腐蝕之前，用圓珠筆在多孔氧化鋁表面書寫一些英文字母和漢字(油墨覆蓋部分的孔不被腐蝕)，結果發現碳管@多孔氧化鋁復合薄膜能夠真實地記錄這些書寫的英文字母和漢字，這將在防偽領域有應用前景。

　　相關研究成果撰寫的論文發表在Adv. Mater. 22, 2637-2641 (2010)。該項工作得到國家自然科學基金(50972145，10975152)和科技部“納米研究”重大科學研究計劃(No.2007CB936601)資助。

引起碳管@多孔氧化鋁復合薄膜顏色變化的光干涉示意圖

碳管@多孔氧化鋁復合薄膜隨磷酸腐蝕時間的顏色變化

等離子體清洗后復合薄膜顏色的變化(虛線以下為浸水部分)

(a, b) 有圖案的復合薄膜隨觀察角度不同顏色的變化；(c)水浸入后顏色變化

碳管@多孔氧化鋁復合薄膜顯示的英文字母和漢字