一种实现多彩结构色氧化铝复合薄膜的电解槽的制作方法

本实用新型涉及一种电解槽，具体地说，涉及一种实现多彩结构色氧化铝复合薄膜的电解槽。

背景技术：

由于具有纳米孔洞的氧化铝薄膜是宽带隙金属氧化物半导体材料，具有热稳定性、抗腐蚀性、化学稳定性和高介电常数，在有序纳米结构的合成中得到了广泛的应用。随着光子晶体研究的深入，关于氧化铝薄膜的结构色问题也有了一定的研究。自从1969年，Diggle等人报道在可见光范围内，有铝基支撑的氧化铝薄膜当厚度小于1μm时因光干涉作用会产生明亮的颜色。众多科研工作者致力于制备具有均匀结构色的氧化铝薄膜，在制备过程中不断改进制备工艺，但是一次制备工艺只能制备出一片氧化铝薄膜，薄膜呈现单一结构色。随后，2010年，中科院合肥物质科学研究院固体所赵相龙博士在碳管复合氧化铝复合薄膜颜色的调控研究方面取得了重要进展，实现了对碳管复合氧化铝复合薄膜颜色的精细调控。2011年，河北师范大学孙会元教授小组采用多次氧化法制备了具有变化彩条特征的氧化铝薄膜，这种氧化铝薄膜制备工艺复杂，需要多次氧化、多次沉积工艺。

到目前为止还没有关于一次氧化工艺制备出两片结构相同的多孔氧化铝薄膜或多孔氧化铝复合薄膜的报道，也没有通过一次制备工艺得到两片氧化铝薄膜或氧化铝复合薄膜具有相同虹彩结构色的报道。目前具有多彩结构色的氧化铝薄膜的制备采取多次氧化，且一次制备工艺只能得到一片多彩氧化铝薄膜，这样制备方法繁琐，制备成本较高。如果能提供一种装置通过一次氧化工艺同时制备出两片具有相同微观结构的“孪生”氧化铝薄膜或氧化铝复合薄膜，且两片“孪生”氧化铝薄膜或氧化铝复合薄膜呈现相同的虹彩结构色，将大大促进氧化铝薄膜及氧化铝复合薄膜的实际应用。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供一种实现多彩结构色氧化铝复合薄膜的电解槽。

其技术方案如下：

一种实现多彩结构色氧化铝复合薄膜的电解槽，包括环形胶垫1、圆形铝箔2、变径铜电极3、内空紧固螺扣4、小圆柱孔5、小圆柱孔环形围壁6、大圆柱孔7、电解槽槽壁8、碳片9、碳棒10、沉积电压源11、偏转电压源12、K₁为沉积电压源导通开关，K₂为偏转电压源导通开关，K₃、K₄分别为两个工作电极所在支路的导通开关，环形胶垫1在大圆柱孔7内最里侧，和小圆柱孔环形围壁6贴合，圆形铝箔2和环形胶垫1贴合，变径铜电极3在大圆柱孔7内和圆形铝箔2贴合，内空紧固螺扣4在大圆柱孔7内，和变径铜电极3相接。电解槽槽壁8在电解槽的外部，变径铜电极3和碳棒10之间接沉积电压源11，两个碳片9之间接偏转电压源12。

进一步优选，大圆柱孔直径较大且孔较长，内壁有内螺扣；小圆柱孔直径比大圆柱孔直径小4mm，这样就形成了小圆柱孔环形围壁6，小圆柱孔环形围壁6内外直径差为4mm，小圆柱孔环形围壁6的厚度即小圆柱孔的孔长较短，为1 mm；环形胶垫1的外直径与大圆柱孔7直径相等，环形胶垫1的内直径与小圆柱孔5直径相等；圆形铝箔2的直径略小于大圆柱孔7直径，变径铜电极3的最大直径略小于大圆柱孔7直径，变径铜电极3的中间部分直径小于 内空紧固螺扣4的内径，变径铜电极3的直径最小部分是和导电夹相连的；优选地，所述的大圆柱孔直径为1.4～2.2 cm；电解槽设计的两个工作电极上下放置，且两个圆形铝箔中心距离为1.8～3cm；设计有电源导通开关K₁ 、K₂和两个工作电极导通开关K₃、K₄。

本实用新型的有益效果：

本实用新型实验时圆形铝箔所在平面和槽内侧壁平面的距离为约1 mm小圆柱孔环形围壁6的厚度即小圆柱孔的孔长较短，为1 mm左右，这样短的距离情况下，可以对铝箔进行偏转电场下的氧化实验和氧化铝模板的电沉积实验。本电解槽是一种在电化学氧化或电化学沉积中可呈现偏转电场效果的电解槽，所以可以实现一次制备工艺得到渐变结构色的氧化铝及其复合薄膜。

本实用新型设计了两个工作电极，解决了一次工艺只能制备一片氧化铝薄膜或氧化铝复合薄膜的问题，本实用新型可以通过一次氧化工艺同时制备出“孪生”多孔氧化铝薄膜；一次电沉积工艺同时制备出“孪生”氧化铝复合薄膜。

本实用新型解决了制备两片相同结构的氧化铝薄膜或氧化铝复合薄膜程序复杂、条件不易控制问题，利用本实用新型一次工艺制备出“孪生”多孔氧化铝薄膜、“孪生”氧化铝复合薄膜，其两片“孪生”薄膜或复合薄膜具有完全相同的微观结构和宏观物性。

本实用新型可以当传统电解槽，当通电时只需接通其中一个电极即可，这样一次工艺只制备一片薄膜。

得提出的是，利用本实用新型通过一次氧化工艺即可制备出两片具有相同条形虹彩结构色的“孪生”薄膜；也可以通过一次电沉积工艺得到两片高饱和条形虹彩结构色的“孪生”复合薄膜。

附图说明

图1为本实用新型实现多彩结构色氧化铝复合薄膜的电解槽的整体结构示意图；

图2为本实用新型实现多彩结构色氧化铝复合薄膜的电解槽的局部结构示意图；其中，1、环形胶垫；2、圆形铝箔；3、变径铜电极；4、内空紧固螺扣；5、小圆柱孔；6、小圆柱孔环形围壁；7、大圆柱孔；8、电解槽槽壁；9、碳片；10、碳棒；11、沉积电压源；12、偏转电压源；K₁为沉积电压源导通开关，K₂为偏转电压源导通开关，K₃、K₄分别为两个工作电极所在支路的导通开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。

参照图1-图2，一种实现多彩结构色氧化铝复合薄膜的电解槽，包括环形胶垫1、圆形铝箔2、变径铜电极3、内空紧固螺扣4、小圆柱孔5、小圆柱孔环形围壁6、大圆柱孔7、电解槽槽壁8、碳片9、碳棒10、沉积电压源11、偏转电压源12、K₁为沉积电压源导通开关，K₂为偏转电压源导通开关，K₃、K₄分别为两个工作电极所在支路的导通开关，环形胶垫1在大圆柱孔7内最里侧，和小圆柱孔环形围壁6贴合，圆形铝箔2和环形胶垫1贴合，变径铜电极3在大圆柱孔7内和圆形铝箔2贴合，内空紧固螺扣4在大圆柱孔7内，和变径铜电极3相接。电解槽槽壁8在电解槽的外部，变径铜电极3和碳棒10之间接沉积电压源11，两个碳片9之间接偏转电压源12。

K₁为沉积电压源导通开关，K₂为偏转电压源导通开关，K₃、K₄分别为两个工作电极所在支路的导通开关。安装电解槽时，首先将环形胶垫1放入大圆柱孔7内，和小圆柱孔环形围壁6紧密贴合，然后将圆形铝箔2和环形胶垫1紧密贴合，再后将变径铜电极3放入大圆柱孔7内和圆形铝箔2紧密贴合，最后将内空紧固螺扣4旋入内有螺旋扣的大圆柱孔7内，同时固定“1、2、3”，环形胶垫1起到防止漏液的作用。电解槽槽壁8在电解槽的外部，变径铜电极3和碳棒10之间所接沉积电压源11可产生沉积电场，两个碳片9之间所加偏转电压源12可产生偏转电场，沉积电场和偏转电场相互垂直。

进一步优选，大圆柱孔直径较大且孔较长，内壁有内螺扣；小圆柱孔直径比大圆柱孔直径小4mm，这样就形成了小圆柱孔环形围壁6，小圆柱孔环形围壁6内外直径差为4mm，小圆柱孔环形围壁6的厚度即小圆柱孔的孔长较短，为1 mm；环形胶垫1的外直径与大圆柱孔7直径相等，环形胶垫1的内直径与小圆柱孔5直径相等；圆形铝箔2的直径略小于大圆柱孔7直径，变径铜电极3的最大直径略小于大圆柱孔7直径，变径铜电极3的中间部分直径小于 内空紧固螺扣4的内径，变径铜电极3的直径最小部分是和导电夹相连的；优选地，所述的大圆柱孔直径为1.4～2.2 cm；电解槽设计的两个工作电极上下放置，且两个圆形铝箔中心距离为1.8～3cm；设计有电源导通开关K₁ 、K₂和两个工作电极导通开关K₃、K₄。

本实用新型在具体应用过程中，在氧化或电沉积前，按照图1箭头的安装顺序，首先安装环形胶垫1，然后安装圆形铝箔2，再后安装变径铜电极3，最后安装内空紧固螺扣4，内空紧固螺扣4的外螺扣和大圆柱孔7的内螺扣紧扣在一起，将同时固定“1、2、3”，环形胶垫1起到防止漏液的作用。

在氧化或电沉积前，按照图1接好电路，闭合K₁ 、K₃、K₄ 三个开关，两个工作电极同时工作，可以进行铝箔的氧化实验和氧化铝模板的电沉积实验，制备具有“孪生”结构色的氧化铝薄膜和氧化铝复合薄膜。

在氧化或电沉积前，按照图1接好电路，闭合K₁ 、K₂ 、K₃、K₄ 四个开关，两个工作电极同时工作，同时施加偏转电场，可以进行在偏转电场下的铝箔氧化实验和氧化铝模板的沉积实验，制备具有“孪生”结构色的氧化铝薄膜和氧化铝复合薄膜。

在氧化或电沉积前，按照图1接好电路，闭合K₁ 、K₂ 、K₄ （或K₃）三个开关，此时只有一个工作电极工作，同时加了偏转电场，可以进行在偏转电场下的铝箔氧化实验和氧化铝模板的沉积实验，制备具有多彩结构色的氧化铝薄膜和氧化铝复合薄膜。

在氧化或电沉积前，按照图1接好电路，闭合K₁ 、K₄（或K₃）两个开关，那么只有一个工作电极工作，没有偏转电场，可以进行铝箔的氧化实验和氧化铝模板的沉积实验。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。