基于磁控溅射法的结构色织物制备方法与流程

1.本发明涉及一种织物制备方法，特别是公开一种基于磁控溅射法的结构色织物制备方法。


背景技术：

2.目前纺织品的各种色彩主要是通过染色印花工艺，将染料附着在纤维或织物上实现。在传统染整加工过程中使用了大量影响环境和妨碍身体健康的染化料及助剂，以气体、液体、固体的形式排放而污染环境，危害人类健康，同时，染整加工过程会消耗大量的能源和水。随着人们环保意识的增强，传统染整过程工艺对水资源和对环境造成的污染已经越来越受到人们的关注。所以，节能减排、绿色染整、生态染整等是人们对环保能源的重要性有了充分认识后，对染整加工技术提出的一个努力方向与最终目标，开发生态染色工艺和新的染色方法已经成为业界关注的热点之一。
3.生物结构色最早发现于17世纪，存在于自然界中的结构色是由于入射的可见光在生物表面的韧带层、壳质层、脊等精细微观结构处发生了干涉、透射、衍射和散射等作用而产生的色彩效果。结构色的产生无毒、环保且需求能源少，有望成为一种新型无水染色技术，以解决目前印染业的环境污染问题，并产生染色无法实现的多彩颜色。
4.磁控溅射镀膜具有靶材沉积速率高、成膜质量好、适宜大面积生产等优点，在镀膜行业中得到广泛的应用，如手机屏幕、高档门把手、汽车防紫外膜、水龙头外层金属膜等，如何将磁控溅射法应用在纺织领域，对于减少污染、保护环境有着重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种可在织物表面形成结构色、易于工业化生产，减少染料工业对环境的污染的基于磁控溅射法的结构色织物制备方法。
6.本发明是这样实现的：一种基于磁控溅射法的结构色织物制备方法，包括如下步骤：（1）织物预处理：将织物浸入质量浓度为90%~99%的丙酮溶液中浸洗后，进行低压真空等离子体刻蚀；其中，所述低压真空等离子体刻蚀的参数为：温度40-100℃，压力为8*10-4-0.5*10-3
pa，电源功率40-350w，时间10-30min，工作气体为氩气；（2）织物表面镀纳米金属薄膜：将预处理好的织物放入磁控溅射设备进行纳米金属镀膜；织物与金属靶材之间距离为80-100mm，工作气体为氩气，纯度为95%-99.9%，真空度为1*10-4-2*10-3
pa，气体流速为5-10sccm，织物转速为8-12r/min，磁控溅射的功率为120-280w，磁控溅射时间为10-20min；所述金属靶材为金属铜、银或铝中的一种；（3）织物再镀纳米二氧化钛薄膜
采用射频反应溅射，在已镀好纳米金属薄膜的织物表面再次镀纳米二氧化钛薄膜；溅射靶材为金属钛靶，溅射参数为：织物与靶材距离为80-100mm，真空度为2*10-4-2*10-3 pa；氩气纯度为95%-99.9%，氩气流速为10ml/min-50ml/min；氧气作为反应气体，与氩气流速比率为1：3-1：5，溅射功率为100w-300w；镀膜时间为5min-50min；气体压强为0.5pa-1pa，得到镀纳米二氧化钛薄膜的织物。
7.还包括对步骤（3）获得的织物进行清洗：将织物置于乙醇中超声波清洗15min，清洗完成后用蒸馏水漂洗，并置于烘箱中烘干；其中，所述的漂洗方式为超声或浸泡，漂洗时间为10-60min，干燥温度100℃，干燥时间30min。
8.步骤（2）中，所述的金属靶材为纳米级的铜、银或铝颗粒横向和纵向均匀排布成网状结构的薄膜，所述薄膜厚度为800-1500nm。
9.步骤（3）中，所述二氧化钛薄膜包括若干二氧化钛颗粒，所述二氧化钛颗粒附着在金属层表面，与所述的金属层形成致密结构。
10.本发明的有益效果是：通过磁控溅射的方法在织物表面依次镀纳米金属薄膜和镀纳米二氧化钛薄膜，制备了周期性薄膜，成功获得靓丽的且具有虹彩效应的结构色，并探究改变不同的单因子溅射条件，涤纶织物结构色出色效果的变化情况；本发明减少了传统化学染料的使用，避免了传统织物牢度损失的劣势，具有一定的应用前景。
具体实施方式
11.本发明一种基于磁控溅射法的结构色织物制备方法，包括如下步骤：（1）织物预处理：将织物浸入质量浓度为90%~99%的丙酮溶液中浸洗后，进行低压真空等离子体刻蚀；其中，所述低压真空等离子体刻蚀的参数为：温度40-100℃，压力为8*10-4-0.5*10-3
pa，电源功率40-350w，时间10-30min，工作气体为氩气。
12.（2）织物表面镀纳米金属薄膜：将预处理好的织物放入磁控溅射设备进行纳米金属镀膜；织物与金属靶材之间距离为80-100mm，工作气体为氩气，纯度为95%-99.9%，真空度为1*10-4-2*10-3
pa，气体流速为5-10sccm，织物转速为8-12r/min，磁控溅射的功率为120-280w，磁控溅射时间为10-20min；所述金属靶材为金属铜、银或铝中的一种。所述的金属靶材为纳米级的铜、银或铝颗粒横向和纵向均匀排布成网状结构的薄膜，所述薄膜厚度为800-1500nm。
13.（3）织物再镀纳米二氧化钛薄膜采用射频反应溅射，在已镀好纳米金属薄膜的织物表面再次镀纳米二氧化钛薄膜；溅射靶材为金属钛靶，溅射参数为：织物与靶材距离为80-100mm，真空度为2*10-4-2*10-3 pa；氩气纯度为95%-99.9%，氩气流速为10ml/min-50ml/min；氧气作为反应气体，与氩气流速比率为1：3-1：5，溅射功率为100w-300w；镀膜时间为5min-50min；气体压强为0.5pa-1pa，得到镀纳米二氧化钛薄膜的织物。所述二氧化钛薄膜包括若干二氧化钛颗粒，所述二氧化钛颗粒附着在金属层表面，与所述的金属层形成致密结构。
14.对步骤（3）获得的织物进行清洗：将织物置于乙醇中超声波清洗15min，清洗完成后用蒸馏水漂洗，并置于烘箱中烘干；其中，所述的漂洗方式为超声或浸泡，漂洗时间为10-60min，干燥温度100℃，干燥时间30min。
15.实施例一：（1）对织物进行预处理，将织物在纯度为99%的丙酮中超声波清洗30min，清洗完成后用蒸馏水清洗，使用烘箱烘干。然后进行低压真空等离子体刻蚀，其中，真空度为9*10-4
pa，电源功率200w，时间15min，工作气体为氩气。
16.（2）在织物表面镀纳米金属铜薄膜层。织物与靶材之间的距离为80mm，工作气体为氩气，纯度为96%，真空度为5*10-4
pa，气体流速为7sccm，织物转速为8r/min，磁控溅射的功率为140w。铜颗粒的尺寸可通过磁控溅射过程中的氩气流量以及真空度进行控制。
17.（3）织物再镀纳米二氧化钛薄膜。将二氧化钛靶材安装在磁控溅射靶中，织物与靶材之间的距离为80mm，将溅射腔室内抽真空至真空度9*10-4
pa，工作气体为氩气，纯度为96%。然后向溅射腔室内注入高纯氩气至气压达到0.7pa。打开二氧化钛靶上所施加的射频电源，开始对二氧化钛靶材进行溅射以清洁二氧化钛靶材表面，溅射时间为1min。清洁完成后，关闭射频电源，设定射频溅射功率120w。开启二氧化钛靶位射频电源，在90℃下溅射10min后得到镀纳米二氧化钛薄膜的织物。
18.对步骤（3）获得的织物进行清洗：将织物置于乙醇中超声波清洗15min，清洗完成后用蒸馏水漂洗，并置于烘箱中烘干；其中，所述的漂洗方式为超声或浸泡，漂洗时间为30min，干燥温度100℃，干燥时间30min。
19.本实施例的优点是铜/二氧化钛多层复合结构可有效反射红外线，实现复合多色的织物表面颜色效果。
20.实施例二：（1）对织物进行预处理，将织物在纯度为95%的丙酮中超声波清洗50min，清洗完成后用蒸馏水清洗，使用烘箱烘干。然后进行低压真空等离子体刻蚀，其中，真空度为10*10-4
pa，电源功率180w，时间20min，工作气体为氩气。
21.（2）在织物表面镀纳米金属铜薄膜层。织物与靶材之间的距离为100mm，工作气体为氩气，纯度为99%，真空度为6*10-4
pa，气体流速为8sccm，织物转速为10r/min。铝颗粒的尺寸可通过磁控溅射过程中的氩气流量以及真空度进行控制。
22.（3）织物再镀纳米二氧化钛薄膜。将二氧化钛靶材安装在磁控溅射靶中，织物与靶材之间的距离为100mm，将溅射腔室内抽真空至真空度8*10-4
pa，工作气体为氩气，纯度为99%，然后向溅射腔室内注入高纯氩气至气压达到0.9pa。打开二氧化钛靶上所施加的射频电源，开始对二氧化钛靶材进行溅射以清洁二氧化钛靶材表面，溅射时间为1min。清洁完成后，关闭射频电源，设定射频溅射功率130w。开启二氧化钛靶位射频电源，在90℃下溅射15min后得到镀纳米二氧化钛薄膜的织物。
23.本实施例的优点是金属铝原料易于加工，延展性较好，铝/二氧化钛复合薄膜层层厚更易控制，颜色显示蓝色和黄色。
24.实施例三：（1）对织物进行预处理，将织物在纯度为99%的丙酮中超声波清洗20min，清洗完成后用蒸馏水清洗，使用烘箱烘干。然后进行低压真空等离子体刻蚀，其中，真空度为8*10-4
pa，电源功率180w，时间20min，工作气体为氩气。
25.（2）在织物表面镀纳米金属铜薄膜层。织物与靶材之间的距离为70mm，工作气体为氩气，纯度为98%，真空度为6*10-4
pa，气体流速为8sccm，织物转速为5r/min。银颗粒的尺寸
可通过磁控溅射过程中的氩气流量以及真空度进行控制。
26.（3）织物再镀纳米二氧化钛薄膜。将二氧化钛靶材安装在磁控溅射靶中，织物与靶材之间的距离为70mm，将溅射腔室内抽真空至真空度9*10-4
pa，工作气体为氩气，纯度为98%，然后向溅射腔室内注入高纯氩气至气压达到1pa。打开二氧化钛靶上所施加的射频电源，开始对二氧化钛靶材进行溅射以清洁二氧化钛靶材表面，溅射时间为2min。清洁完成后，关闭射频电源，设定射频溅射功率150w。开启二氧化钛靶位射频电源，在80℃下溅射15min后得到镀纳米二氧化钛薄膜的织物。
27.本实施例的优点是银/二氧化钛薄膜层织物在自然光照下可显示蓝色和绿色。