基于磁控溅射技术的织物结构色制备及织物稳定性研究

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纤维纺织品的着色通常是使用染料或颜料等化学着色剂,在一定温度下借助印染助剂实现的。结构色的产生不需要化学着色剂的参与,通常具有高亮度、高饱和度和永不褪色等特点,其本质是物体表面微纳米结构对光的干涉、衍射和散射作用等所产生的视觉效果。将结构色巧妙合理地应用到纺织材料上,可以使其具有特殊功能,提高纺织品的附加值。本课题根据薄膜干涉生色的原理,利用磁控溅射技术在涤纶织物表面沉积双层膜,制备出了具有不同颜色的结构色织物,提出了两种制备织物结构色的方法。磁控溅射工艺具有稳定高效、操作简单、绿色环保等优势,但其镀膜也具有金属材料自身所存在的通病,易在环境介质的影响下发生氧化锈蚀,影响其性能与应用。本课题也提出一种提高镀铜织物稳定性的方法:BTA浸渍法。使用BTA溶液通过浸渍法处理到镀铜织物的表面,使其在汗液环境下具有较好的耐受性。本文主要进行了以下三个方面的工作:(1)磁控溅射沉积Ag/Ag2O双层膜制备织物结构色:利用磁控溅射技术,在涤纶织物上沉积Ag/Ag2O双层薄膜。通过调控Ag2O膜的厚度,制备具有不同颜色的结构色织物。通过对结构色织物表面形貌、组成成分、光学性质等的分析,确定了制备过程所需要的工艺条件及薄膜厚度与显色之间的对应关系,并进一步探讨了结构色织物的生色机理,为纺织材料生态着色技术的开发提供一定的理论和实践基础;(2)磁控溅射沉积Ag/TiO2双层膜制备织物结构色:利用磁控溅射技术,在涤纶织物上沉积Ag/TiO2双层薄膜。通过调控TiO2膜的厚度,制备具有不同颜色的结构色织物。通过对结构色织物表面形貌、光学性质及服用性能的分析,确定了制备过程所需要的工艺条件及薄膜厚度与显色之间的对应关系;(3)磁控溅射镀铜织物在人工汗液中的稳定性:使用BTA溶液,对磁控溅射镀铜织物进行了后整理,以提高镀膜在汗液环境下的稳定性。通过对镀膜织物表面形貌、导电性、电磁屏蔽等性能的分析,确定了提高镀铜织物稳定性所需BTA溶液的最佳浓度。研究结果表明:(1)磁控溅射沉积Ag/Ag2O双层膜可用于高效制备织物结构色。实验确定了制备纯Ag2O膜所需要的工艺条件:功率100 W,本底真空度3×10-3 Pa,工作气压0.5 Pa,氩气和氧气流量均为15 sccm。当Ag2O厚度分别为10 nm、25 nm、30 nm、42 nm、85 nm和105 nm,所得到结构色织物的颜色分别为黄色、紫色、橙色、靛蓝色、蓝色和绿色。同时,镀覆过程不会对织物原有的服用性能造成很大的影响;(2)磁控溅射沉积Ag/TiO2双层膜可用于高效制备织物结构色。实验确定了制备结构色织物所需要的工艺条件:功率100 W,本底真空度3×10-3 Pa,工作气压0.5 Pa,氩气和氧气流量均为15 sccm。当TiO2厚度分别为7 nm、10 nm、28 nm、53 nm、67 nm和100 nm,所得到结构色织物的颜色分别为黄色、橙色、蓝色、红紫色、紫色和绿色。同时,镀覆过程不会对织物原有的服用性能造成很大的影响;(3)BTA浸渍法可有效提高镀铜织物在汗液环境中的稳定性,且最优浓度为1 g/L。当BTA浓度低于1 g/L时,所形成的Cu-BTA络合物膜保护能力有限,镀铜织物仍会受到汗液的腐蚀;当BTA浓度达到1 g/L及以上时,镀铜织物表现出对汗液很好的耐受性,表面形貌及性能也没有发生变化。同时,BTA对镀铜织物提供了长效的保护作用,六个月后织物仍对汗液表现出优异的抗腐蚀性能。
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