本發(fā)明涉及裝飾薄膜，具體涉及一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層及制備工藝。

背景技術(shù)：

1、隨著5g時代的到來，智能電子設(shè)備正經(jīng)歷著從芯片到形態(tài)的全面升級，其便攜性、輕薄化、抗沖擊、散熱性等性能也得到了人們越來越多的重視。消費者除了關(guān)注功能外，外觀方面的顏色、圖案、光澤、線條、質(zhì)感、手感、粗糙度等也將成為主要權(quán)衡的因素。其中，色彩是增強視覺沖擊力的首要因素，能夠很容易的讓消費者理解商品的屬性，激發(fā)視覺認(rèn)知上的共鳴，是直接關(guān)系到產(chǎn)品是否具有良好市場潛力的關(guān)鍵因素。目前，薄膜顏色主要有色素色和結(jié)構(gòu)色。其中，色素色是物體所含的色素分子中特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)對可見光產(chǎn)生選擇性吸收而致，通常伴隨化學(xué)顏料，對環(huán)境污染大，且隨著化學(xué)結(jié)構(gòu)變化或破壞，顏色會變化或消失。結(jié)構(gòu)色是因物體的特殊物理結(jié)構(gòu)對光的干涉、衍射、散射等作用而產(chǎn)生的顏色，具有高明亮度、高飽和度、偏振效應(yīng)、虹彩效應(yīng)、永不褪色等許多色素色所不具備優(yōu)點，并具有光化學(xué)穩(wěn)定性，只要材料自身的物理結(jié)構(gòu)不遭破壞，其顏色就不會消減。

2、色素色裝飾膜的顏色取決于膜層物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，真空離子鍍膜技術(shù)還做不到計算或設(shè)計出相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)來獲得指定的顏色，也不能期望輕易找到相應(yīng)的靶材和反應(yīng)氣體。同時，現(xiàn)在對離子鍍工藝過程中等離子體的物理化學(xué)行為認(rèn)識還不深入，對多元素物質(zhì)在離子鍍過程中的分解、電離，產(chǎn)生的多樣中間產(chǎn)物形態(tài)、價態(tài)，各類粒子的數(shù)量、比例、能量及其在空間的分布如何，它們又如何與等離子體放電的電氣參數(shù)、發(fā)射源(靶)和供入反應(yīng)氣體的狀況相聯(lián)系，都不甚了解。因此，要控制它們合成所需要的顏色都還需要經(jīng)歷長期的探索和研究。

3、近年來，基于薄膜干涉結(jié)構(gòu)生色原理，通過磁控濺射沉積氧化物薄膜結(jié)構(gòu)著色的研究日益增多。zhang等人(ceramics?international,2020,46(9):13342-13349)通過精確控制ag2o膜層的厚度，在織物基底上形成均勻鮮艷的結(jié)構(gòu)色。peng等人在滌綸織物上構(gòu)建tio2/cu/tio2薄膜(journal?of?materials?science-materials?in?electronics,2018,29(19):16188-16198)，通過改變cu的濺射時間得到綠色、黃色、棕色和紫色的結(jié)構(gòu)色。yuan等人在滌綸機織物上鍍覆al/tio2和ag/zno復(fù)合膜(international?journal?of?clothingscience?and?technology,2019,31(4):487-494)，得到紫色、藍(lán)色、藍(lán)綠色和黃色等結(jié)構(gòu)色。但是，氧化物薄膜的硬度普遍小于10gpa且沉積速率較低(<0.5nm/min)。發(fā)明人在之前披露的專利文獻(xiàn)cn117721428a中，公開了一種可減弱藍(lán)光的透明硬質(zhì)涂層及制備工藝，通過磁控濺射系統(tǒng)的鋁靶和硅靶共沉積，能夠制備得到高達(dá)22.94gpa的透明硬質(zhì)涂層，且沉積速率較高，能夠達(dá)到3.6nm/min，然而該透明硬質(zhì)涂層的顯色效果較為單一，無法實現(xiàn)根據(jù)所需的視覺效果靈活地調(diào)整涂層顏色。

4、綜上所述，亟需提供一種新型的透明硬質(zhì)涂層及制備工藝，在具備高硬度的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)所需的視覺效果靈活地調(diào)整涂層顏色。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層及制備工藝，在具備高硬度的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)所需的視覺效果靈活地調(diào)整涂層顏色。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，所述涂層包括納米晶氮化鋁和非晶氮化硅，所述納米晶氮化鋁的晶面結(jié)構(gòu)包括(100)、(101)、(102)、(110)和(112)晶面，以涂層元素成分的原子比計，所述涂層的元素成分包括：鋁：25～45at.％，硅：5～15at.％，氮：50～65at.％，各元素成分的總和為100at.％。

3、可選的，所述納米晶氮化鋁(100)晶面和(101)晶面的衍射峰強度之比大于0.5。

4、可選的，以n-al鍵和n-si鍵的原子比計，所述涂層中sin和aln的物質(zhì)的量之比為0.7～1.8。

5、可選的，所述涂層的al/n原子比為0.4～0.65。

6、可選的，所述涂層的硬度為23.0～27.5gpa。

7、可選的，所述涂層在415～455nm的藍(lán)光透過率為68.1～82.2％，在455～500nm的藍(lán)光透過率為72.3～89.7％，在600～650nm的其余可見光透過率為76.2～91.7％。

8、可選的，所述涂層的厚度為186～460nm。

9、第二方面，本發(fā)明提供一種制備前述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層的制備工藝，包括以下制備步驟：將基底置于磁控濺射系統(tǒng)的腔室中，抽真空后通入氬氣和氮氣，開啟鋁靶和硅靶的直流電源以及基底的偏壓電源進(jìn)行共沉積，制備得到所述結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層。

10、可選的，所述鋁靶的直流電源功率為200-400w，所述硅靶的直流電源功率為10-130w，所述基底的偏壓電源功率為10-80w，所述氬氣的流量為10-80sccm，所述氮氣的流量為3-30sccm。

11、可選的，所述鋁靶的直流電源功率為250-350w，所述硅靶的直流電源功率為20-120w，所述基底的偏壓電源功率為30-70w，所述氬氣的流量為30-50sccm，所述氮氣的流量為5-20sccm。

12、綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

13、1、本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層及制備工藝，采用直流電源的鋁靶和硅靶在氮氣和氬氣中進(jìn)行共沉積，結(jié)合基底偏壓，能夠制備得到納米晶氮化鋁和非晶氮化硅復(fù)合的硬質(zhì)涂層，兩者協(xié)同作用，從而進(jìn)一步提高涂層硬度，此外，還能實現(xiàn)增大涂層厚度可調(diào)窗口范圍的目的，使得186～460nm厚度的涂層硬度均能夠達(dá)到23.0gpa以上，基于納米復(fù)合化與薄膜干涉原理，能夠?qū)崿F(xiàn)多種結(jié)構(gòu)色的可調(diào)效果，從而滿足了透明硬質(zhì)涂層的彩色視覺裝飾效果。

14、2、本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層及制備工藝，制備得到特定的成分、化學(xué)鍵、物相結(jié)構(gòu)以及厚度組成的硬質(zhì)涂層，對不同波段的可見光具有不同的反射率和透光率，在實現(xiàn)多結(jié)構(gòu)色可調(diào)的基礎(chǔ)上，還能夠可控地削弱短波段有害藍(lán)光的透過率。

技術(shù)特征：

1.一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，其特征在于，所述涂層包括納米晶氮化鋁和非晶氮化硅，所述納米晶氮化鋁的晶面結(jié)構(gòu)包括(100)、(101)、(102)、(110)和(112)晶面，以涂層元素成分的原子比計，所述涂層的元素成分包括：鋁：25～45at.％，硅：5～15at.％，氮：50～65at.％，各元素成分的總和為100at.％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，其特征在于，所述納米晶氮化鋁(100)晶面和(101)晶面的衍射峰強度之比大于0.5。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，其特征在于，以n-al鍵和n-si鍵的原子比計，所述涂層中sin和aln的物質(zhì)的量之比為0.7～1.8。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，其特征在于，所述涂層的al/n原子比為0.4～0.65。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，其特征在于，所述涂層的硬度為23.0～27.5gpa。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，其特征在于，所述涂層在415～455nm的藍(lán)光透過率為68.1～82.2％，在455～500nm的藍(lán)光透過率為72.3～89.7％，在600～650nm的其余可見光透過率為76.2～91.7％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層，其特征在于，所述涂層的厚度為186～460nm。

8.一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層的制備工藝，其特征在于，包括以下制備步驟：將基底置于磁控濺射系統(tǒng)的腔室中，抽真空后通入氬氣和氮氣，開啟鋁靶和硅靶的直流電源以及基底的偏壓電源進(jìn)行共沉積，制備得到所述結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層的制備工藝，其中，所述鋁靶的直流電源功率為200-400w，所述硅靶的直流電源功率為10-130w，所述基底的偏壓電源功率為10-80w，所述氬氣的流量為10-80sccm，所述氮氣的流量為3-30sccm。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層的制備工藝，其特征在于，所述鋁靶的直流電源功率為250-350w，所述硅靶的直流電源功率為20-120w，所述基底的偏壓電源功率為30-70w，所述氬氣的流量為30-50sccm，所述氮氣的流量為5-20sccm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及彩色裝飾薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合硬質(zhì)裝飾涂層及制備工藝，本發(fā)明采用直流電源的鋁靶和硅靶在氮氣和氬氣中進(jìn)行共沉積，結(jié)合基底偏壓，能夠在基底上制備得到包括氮化鋁和氮化硅特定復(fù)合結(jié)構(gòu)的透明硬質(zhì)涂層，其中氮化鋁形成為納米晶，氮化硅形成為非晶相，非晶氮化硅包裹于氮化鋁晶界處，阻礙晶粒長大，細(xì)化涂層晶粒，兩者協(xié)同作用，提高涂層硬度，此外，由特定成分、化學(xué)鍵和物相結(jié)構(gòu)組成的致密硬質(zhì)涂層，還能增大高硬度涂層的厚度可調(diào)窗口范圍，基于納米復(fù)合化與不同厚度薄膜的干涉原理，從而實現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)色的可調(diào)效果，進(jìn)而滿足了透明硬質(zhì)涂層的彩色視覺裝飾效果。

技術(shù)研發(fā)人員：李鳳吉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6