阳极氧化氧化锆薄膜的制备、着色机理及疏水性能

《Journal of Materials Chemistry C》：Preparation, color formation mechanisms and hydrophobic properties of anodic zirconia films

通过阳极氧化在锆基板制备了兼具结构色与超疏水性的薄膜，调控氧化电压（10-80V）可精确调节薄膜厚度（临界厚度86nm）及表面孔隙结构（致密→多孔），颜色机制由互补色转为薄膜干涉，接触角达113.9°（较基准值87.6°提升30%）。表面粗糙度经精确参数调控实现，该材料在防伪、户外装饰及防水装备领域潜力显著。

　　

通过阳极氧化法，在Zr基底上成功制备出了具有结构色和疏水性的氧化锆薄膜。值得注意的是，通过对氧化电源和电压（10–80 V）的精确控制，可以调控所得薄膜的结构色和疏水性。随着氧化电压的升高，薄膜厚度逐渐增加，表面结构从均匀致密状态转变为多孔状态。结合紫外-可见光谱分析，从薄膜的微观结构和厚度入手，解释了其结构色的形成机制。86纳米的临界厚度是ZrO₂薄膜颜色生成机制发生转变的分界点——这一转变从互补色原理转变为薄膜干涉效应。此外，薄膜还表现出优异的疏水性，水接触角高达113.9°（比最低接触角87.6°高出30%），这归因于通过精确调控阳极氧化参数而形成的表面粗糙度。薄膜的疏水性主要源于其表面粗糙度，而这种粗糙度可以通过精确控制颗粒大小和孔隙率来实现。由于氧化锆薄膜具备可调的颜色、角度依赖性的光学效应以及理想的疏水性能，它们在防伪技术、户外装饰和专用防水设备等领域具有广阔的应用前景。