CN116695462A - 一种结构色织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构色织物及其制备方法，所述结构色织物包括基底，依次在所述基底上形成的平整层、反射层、色彩及饱和度增强层；所述平整层是在基底表面平整得到；所述反射层包括金属的单质层、合金层中的一种或多种；所述色彩及饱和度增强层包括由内至外依次设置的无吸收材料层、有吸收材料层和无吸收材料层。本申请的优点在于预先进行基布的平整化处理，以保证后续的成色效果。本申请采用色彩及饱和度增强膜层，选择光学常数在可见光波段变化较小的材料，采用有吸收和无吸收材料相结合的方式，实现对目标光波的高反射和其它光波的高吸收，从而呈现出宽色域、高饱和度的结构色。
Description
技术领域
本公开涉及织物着色技术领域，尤其涉及一种结构色织物及其制备方法。
背景技术
目前对织物结构色制备方法由多种，例如中国专利(CN110629569A)公开了一种织物的着色方法及着色织物，其中该织物的着色方法，包括如下步骤：对基布实施辐射干燥处理；通过真空沉积，在辐射干燥后的基布表面依次形成黏着层和至少一层生色层，其中：使黏着层的组成中含有Ti、Cr、Si和Ni元素中的至少一种，其厚度为1-2000nm；使生色层的组成中含有Al、Ti、Cu、Fe、Mo、Zn、Ag、Au和Mg元素中的至少一种，生色层的总厚度为1-4000nm。
中国专利(CN105603715A)公开了一种织物结构色的制备方法。利用磁控溅射射频法，以TiO2、SiO2等为靶材，对基布进行溅射，在织物表面交替溅射TiO2、SiO2(或其它材料)靶，在织物表面形成纳米周期薄膜，由于光的干涉等光学原理，织物在光下呈现艳丽的结构色，溅射的材料和层数及每层的厚度决定织物表面的色彩，而且随着观察角度的变化，织物的颜色也随之变化，并且只要不破坏薄膜结构，织物永不褪色。
中国专利(CN105862000A)公开了一种采用磁控溅射技术在织物表面制备纳米薄膜实现结构色的方法。包括：织物的预处理；采用磁控溅射技术在织物表面镀纳米金属薄膜；在镀纳米金属薄膜织物表面再次镀纳米金属氧化物薄膜。
中国专利申请(CN114318861A)公开了一种基于磁控溅射法的结构色织物制备方法。该方法将包括对进行织物预处理、在织物表面镀纳米金属薄膜、织物再镀纳米二氧化钛薄膜。此外还有中国专利申请(CN102691202A)公开了一种在织物表面制备一维光子晶体薄膜实现结构色的方法，包括：钛溶胶和硅溶胶的制备；二氧化钛薄膜层和二氧化硅薄膜层在织物表面的交替成型。通过该方法可在织物表面形成结构色，结果表明经过此方法处理的织物从不同角度可观察到表面颜色的变化，产生结构色效果。
中国专利申请(CN109023280B)公开了一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，包括有以下步骤：S1，光学膜系设计；S2，遮挡板的设计，根据软件模拟的光学薄膜结构的厚度变化来设计遮挡板的形状；S3，真空镀膜；S4，颜色及光学性能检验，对真空镀膜后的产品进行颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线检测，测试结果合格，则可以进行量产准备；测试结果不合格，则返回步骤S1中。
然而以上这些现有技术存在的缺陷为：1.由于织物本身表面粗糙的特性，通过光学理论设计得到的颜色与织物上实际制备出来的总有偏差；2.由于织物本身表面粗糙的特性会导致光朝向各个方向的散射，所获得的结构色色彩纯度/饱和度不够高，色域覆盖范围偏窄。
发明内容
本公开提供了一种结构色织物及其制备方法，以至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
第一方面，本申请公开了一种结构色织物，所述结构色织物包括基底，依次在所述基底上形成的平整层、反射层、色彩及饱和度增强层；
一种结构色织物，所述结构色织物包括基底，依次在所述基底上形成的平整层、反射层、色彩及饱和度增强层；
所述平整层是在基底表面平整得到；
所述反射层包括金属的单质层、合金层中的一种或多种；
所述色彩及饱和度增强层包括由内至外依次设置的无吸收材料层、有吸收材料层和无吸收材料层。
在一可实施方式中，所述平整层是通过对基底表面压光或涂布得到；所述平整层的表面粗糙度为10nm～10μm。
在一可实施方式中，所述平整层表面粗糙度为≥10nm，且小于1μm；所述涂布所采用的材料为聚氨酯、聚苯胺、聚丙烯或多嵌段共聚物有机物溶液。
在一可实施方式中，所述反射层包括金属Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al的单质层或任意多种的合金层；
所述有吸收材料层包括金属Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al的单质层、合金层、以及TiN、Si3N4、TiC化合物层中的一种或多种；
所述无吸收材料层包括Ta2O5、TiO2、ZnO、Al2O3化合物层中的一种或多种。
在一可实施方式中，所述反射层为反射率大于80％的金属单质层；所述有吸收材料层为TiN化合物层。
在一可实施方式中，所述反射层总厚度为80nm～350nm，所述色彩及饱和度增强层总厚度为30nm～300nm；所述结构色织物的膜系为Ag/TiO2/TiN/TiO2，从左至右厚度：Ag厚度为100-300nm，TiO2厚度为20-100nm，TiN厚度为20-90nm，TiO2厚度为10-50nm。
在一可实施方式中，所述基底为基布，所述基布选用粗糙度在100nm～100μm的尼龙、丝绸、化纤或棉布。
还包括在色彩及饱和度增强层表面形成的表面保护层，所述表面保护层的厚度为300nm～30μm；所述表面保护层的材料包括聚氨酯、聚全氟乙丙烯、PET、聚丙烯脂中的一种或多种。
第二方面，本申请提供了上述所述的一种结构色织物的制备方法，包括步骤1)：对基底表面平整得到平整层，使所述平整层表面粗糙度为10nm～10μm；
步骤2)：通过物理气相沉积在平整层表面形成反射层；
步骤3)：通过物理气相沉积、化学气相沉积或液相工艺在反射层表面形成色彩及饱和度增强层。
在一可实施方式中，在步骤1)之前还包括将基底依次进行脱气、表面预处理；所述步骤1)中通过对基底表面压光或涂布处理得到所述平整层，其中，所述压光条件为1～5吨压力，温度为80～100℃；所述涂布为将聚氨酯、聚苯胺、聚丙烯或多嵌段共聚物有机物的溶液进行狭缝涂布，涂布机走速为2-6m/min。
本申请技术方案创新点为：1.对基布表面进行平整化，降低织物表面粗糙度，减少粗糙度对后续生长的结构色膜层成色特性的影响，使其尽可能地还原设计效果；2.在传统成色体系中引入色彩及饱和度增强膜层，提升成色效果(提高色彩饱和度，扩展色域范围)。
与现有技术相比，本申请技术方案的优点为：1.本申请预先进行基布的平整化处理，以保证后续的成色效果。2：本申请结构色织物首先通过对基底表面进行平整处理，降低基底表面粗糙度，使得所制备的结构色织物色彩与光学理论设计趋于一致。3.本申请结构色织物中采用色彩及饱和度增强膜层，所谓增强膜层是选择光学常数(折射率和消光系数)在可见光波段变化较小的材料，并采用有吸收和无吸收材料相结合的方式，旨在实现对目标光波的高反射和其它光波的高吸收，从而呈现出宽色域、高饱和度的结构色。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
图1示出了本公开实施例中的结构色织物制备流程图；
图2示出了本公开实施例中的结构色织物剖面层状示意图；
图3示出了传统结构色膜系Ag/Si的波长和反射率关系图(从图中可以得知传统结构色膜系Ag/Si在538nm附近具有的宽谱反射特性)；
图4示出了本公开实施例1中的膜系Ag/TiO2/TiN/TiO2波长与反射率关系图(从图中可以得知本实施例1的膜系Ag/TiO2/TiN/TiO2在538nm附近具有的窄谱反射特性)；
图5示出了本公开实施例1的膜系(圆点)与传统膜系(三角)色坐标在色度图中所处的位置示意图；
图6示出了本公开实施例2中的膜系Al/TiO2/TiN/Al2O3波长与反射率关系图(从图中可以得知本实施例2的膜系Al/TiO2/TiN/Al2O3在447nm附近具有的窄谱反射特性)；
图7示出了本公开实施例2的膜系在色度图中所处的位置示意图；
图8示出了本公开实施例3中的膜系Cr-Ni/Ta2O5/Ti/TiO2波长与反射率关系图(从图中可以得知本实施例3的膜系Cr-Ni/Ta2O5/Ti/TiO2在780nm附近具有的窄谱反射特性)；
图9示出了本公开实施例3的膜系在色度图中所处的位置示意图；
图10示出了本公开实施例4中的膜系Ag/TiO2/TiN/TiO2波长与反射率关系图(从图中可以得知本实施例4的膜系Ag/TiO2/TiN/TiO2在390nm附近具有的窄谱反射特性)；
图11示出了本公开实施例4的膜系在色度图中所处的位置示意图；
图12示出了本公开实施例5中的膜系Ag/TiO2/TiN/TiO2波长与反射率关系图；
图13示出了本公开实施例5的膜系在色度图中所处的位置示意图。
图中标号：10-基底，21-平整层，22-反射层，23-色彩及饱和度增强层，30-表面保护层。
具体实施方式
为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
结构色：与色素色相比无需染料，而是通过结构与光的散射、干涉等作用呈现出不同颜色，如蝴蝶翅膀、孔雀羽毛表面的颜色均属于结构色。
本申请通过对基布表面进行处理，降低基布表面粗糙度，使得所制备织物色彩与光学理论设计趋于一致。在基布表面处理基础上，通过引入特定的材料和膜系结构，提高色彩纯度/饱和度，扩展色域覆盖范围。
如图2所示，一种结构色织物，包括基底10，依次在基底10上形成的平整层21、反射层22、色彩及饱和度增强层23。
基底10为布料基底(或称为基布)，采用尼龙、丝绸、化纤、棉布均可，优选较为平整、粗糙度低(100nm～100μm)的布料。
平整层21是通过对基底10表面平整化处理(采用压光处理、有机涂布、无机涂布)使得粗糙度进一步降低到10nm～10μm，优选地，平整层表面粗糙度为≥10nm，且小于1μm。
反射层22总厚度为50nm～350nm(优选的，反射层总厚度为50-300nm)，反射层22可以为金属Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al的单质层，或者Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al中任意多种的合金层。优选的，反射层22为反射率大于80％的金属单质层，例如Ag单质层、Cu单质层或Al单质层等。
举例说明：反射层22为Ti单质层、Ag单质层、Cu单质层、Ti-Ag合金层、Ti-Ag-Cu合金层，这些金属可以随意组合构成合金层。
色彩及饱和度增强层23总厚度为30nm～300nm。色彩及饱和度增强层23所采用的材料包括有吸收材料与无吸收材料；有吸收材料的消光系数不为零，且包括金属Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al的单质或任意多种的合金、以及TiN、Si3N4、TiC中的一种或多种；无吸收材料的消光系数趋近于零，且包括Ta2O5、TiO2、ZnO、Al2O3中的一种或多种。
因此，色彩及饱和度增强层23为有吸收材料层与无吸收材料层结合的复合层，色彩及饱和度增强层23包括自反射层起依次往外设置的无吸收材料层、有吸收材料层和无吸收材料层(本申请中，将基底所在的层方位设为内层，表面保护层所在的层方位设为外层)。有吸收材料层为Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al的金属单质层，或者为Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al中任意多种的合金层，或者为TiN、Si3N4、TiC中的一种或多种化合物层，或者为上述单质层、合金层、化合物层中的任意多种组合而成的多层结构。无吸收材料层为Ta2O5、TiO2、ZnO、Al2O3中的一种或多种化合物层。其中，优选的，有吸收材料层厚度为20-160nm，两层无吸收材料层总厚度为30-150nm，其中位于内层的无吸收材料层厚度优选为20-100nm，位于外层的无吸收材料层厚度为10-50nm。
举例说明：色彩及饱和度增强层23可以为TiO2/Ti/TiO2复合层，也可以为TiO2/TiN/Ta2O5复合层，或者如ZnO/Ti-TiN/TiO2复合层。
优选的，有吸收材料层为TiN化合物层，TiN材料在可见光波段(400nm-1000nm)的吸收率波动小，且平均吸收率可达83％，更有利于本申请的织物形成较窄的反射波峰。
反射层22由金属(如：Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al中的一种或几种)构成，其制备可通过调节物理气相沉积(如：磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、电弧离子镀等)获得。
仍采用上述工艺，可进一步制备色彩及饱和度增强层23，该层材料具有如下特点：光学常数(折射率和消光系数)在可见光波段变化较小；有吸收材料(消光系数不为零)与无吸收材料(消光系数接近于零)结合；在满足前两个条件的基础上，材料可以从有吸收材料：金属Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al中的一种或多种、TiN、Si3N4、TiC化合物层中的一种或多种；无吸收材料：TiO2、ZnO、Ta2O5、Al2O3中的一种或多种中选取。该层旨在实现对目标光波的高反射和其它光波的高吸收，从而呈现出宽色域、高饱和度的结构色。要实现宽色域和高饱和度的结构色关键在于对目标反射峰和其他波长吸收峰的调控，原理上要求在目标色彩的目标峰位构造反射峰，除反射峰波长之外的其余光波均被吸收。因此，本发明色彩及饱和度增强层23中采用光学常数在可见光波段变化较小的材料，使得可以通过膜系设计获得所需反射特性，而不受太多材料本身光学常数波动的影响；采用有吸收材料与无吸收材料相结合的原因则是通过材料折射率的变化构造目标反射峰，同时利用吸收材料在实现目标波长反射的前提下吸收其余波长的光波。
最终，再采用物理涂布或化学涂布的方法在色彩及饱和度增强层23表面制备表面保护层30，增强结构色膜层的牢固度，使其可以抵御摩擦和洗涤的冲击。表面保护层的厚度为300nm～30μm。
举例说明在本发明中结构色织物的构成。首先考虑较常规的传统结构色膜系Ag/Si，这类膜系的色域是有一定限制的，具体来说这种膜系较难获得绿色。对于理想的反射型结构色而言，RGB三原色红、绿、蓝的典型反射峰位通常分别出现在688、538、420nm附近，然而，传统结构色膜系Ag/Si很难仅在538nm附近构建明显的反射峰，而是会出现一个宽波段的反射峰。当其中Ag厚度固定为100nm，Si为非晶态，厚度7nm，可得到其反射光谱，如图3所示。而宽反射峰的出现意味着多种颜色的混合，其色坐标为x＝0.468，y＝0.435，接近于黄色。随着非晶Si厚度的改变色坐标也会逐渐改变，但均未出现绿色。
本发明中所采用的最优选膜系为Ag/TiO2/TiN/TiO2，从左至右厚度：Ag的厚度需大于其趋肤深度，即大于20nm，优选100-300nm，TiO2为20-100nm，TiN为20-90nm，TiO2为10-50nm，通过数值优化，可确定最终膜系(Ag/TiO2/TiN/TiO2从左至右厚度：Ag的厚度为200nm，TiO2厚度为60nm，TiN厚度为70nm，TiO2厚度为20nm)，得到如图4所示的反射光谱。该反射谱520nm附近出现了反射最高峰，接近于典型的538nm，而在小于450nm和大于600nm波长范围内反射率均较低，其色坐标为x＝0.235，y＝0.459，正好处于色度图的绿色区域。
以上两种膜系在色度图中所处的位置分别在图5中标识如下。从色坐标系中可以看出，传统膜系(用“三角▲”表示)由于较宽的反射谱，其色调处于黄色区间，接近于橙黄和黄绿区域。而本申请膜系(用“圆点●”表示)由于较窄的反射谱，其色调处于绿色区间，这是传统金属/吸收层类膜系难以到达的区间。
上述提到本申请方案中最优选膜系为Ag/TiO2/TiN/TiO2，从左至右厚度：Ag的厚度优选为100-300nm，TiO2为20-100nm，TiN为20-90nm，TiO2为10-50nm。在该膜系下，还可通过调节各层的厚度来实现其他结构色，如红色、蓝色、紫色等等结构色的实现。
在本技术方案基础上，可以通过在结构色膜层表面增加有机或无机涂层提高其机械强度，改善结构色织物的耐磨、耐洗等特性。
此外，还可以通过区域选择性的结构色膜层沉积或将某些色彩去除，获得特定的彩色图案，可以实现传统印花工艺所呈现的效果。
第二方面，本申请提供了一种结构色织物的制备方法，如图1所示，S1步骤将布料送入机器，通过S2的脱气和表面清洁处理后，采用S3压光、有机涂布或无机涂布实现对布料的平整化处理，降低布料表面粗糙度。反射层S4主要为金属材料构成布拉格反射堆，在此基础上制备色彩及饱和度增强膜层S5，旨在实现对目标光波的高反射和其它光波的高吸收，从而呈现出宽色域、高饱和度的结构色。在结构色膜层基础上通过步骤S6制备有机/无机保护材料，提高其机械强度，改善结构色织物的耐磨、耐洗等特性，至此完成结构色布料的加工S7(即结构色织物)。
具体的，上述制备方法可归纳为如下步骤：
步骤1)：对基底表面采用压光、有机涂布或无机涂布处理得到平整层，使平整层表面粗糙度为10nm～10μm；
步骤2)：通过物理气相沉积在平整层表面形成反射层；
步骤3)：通过物理气相沉积、化学气相沉积或液相工艺在反射层表面形成色彩及饱和度增强层。
优选的，在基布表面平整化处理前将基布依次进行脱气、表面预处理。
优选的，平整层表面粗糙度≥10nm，且小于1μm。压光处理工艺条件为：采用一只金属辊和两只软辊组成两个硬轧点，并在一定温度与高压的条件下对基布进行轧压；其中，高压条件为1～5吨压力，温度为80～100℃。
有机涂布和无机涂布的工艺条件均可采用现有技术，例如：将聚氨酯、聚苯胺、聚丙烯、多嵌段共聚物等有机物的溶液进行狭缝涂布，涂布机走速为2-6m/min(或优选涂布机走速为2-6.5m/min)。
反射层可以通过物理气相沉积依据现有工艺制备得到；物理气相沉积包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、电弧离子镀；具体可选如下任一种方法：
A：电弧离子镀：基布进行平整化处理得到平整层后，进行低压真空等离子体表面处理；其中低压真空等离子体刻蚀的参数为：温度为30～100℃，压力为8×10-4～1×10- 3Pa，电源功率为150～250W，时间15～18分钟，工作气体为Ar；
B：磁控溅射：采用磁控溅射在平整层表面形成反射层，磁控溅射的参数为：真空度为1.8×10-4～1.5×10-3Pa，平整层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为98％～99.9％，气体流速为6～8sccm，基底(即基布)转速为9～12r/min，磁控溅射的功率为140～255W，磁控溅射的时间为5～15min。其中，反射层为金属单质层时，所选取的靶材为相应的金属靶材，当反射层为合金层时，所选取的靶材为相应的合金靶材。
C：电子束蒸发：其大致制备方法为：
(1)将平整化后的基布固定在真空腔室内，选用蒸发料；
(2)对真空腔室抽真空，使真空腔室的真空度达到1～5×10-3Pa；
(3)将基布旋至蒸发舟上方，打开电子束蒸发枪柜的总电源，并在预热灯丝后，打开线控器上的高压，借助电子束光观察电子束的聚焦中心点是否在坩埚内，然后增加束流，直至靶材熔化时停止增加束流；打开电子束挡板、膜厚仪挡板开始蒸镀。
举例说明：以电子束蒸发制备Ag单质层，制备方法为：
(1)将平整化后的基布固定在真空腔室内，选用Ag蒸发料；
(2)对真空腔室抽真空，使真空腔室的真空度达到1～5×10-3Pa；
(3)将基布旋至蒸发舟上方，打开电子束蒸发枪柜的总电源，并在预热灯丝后，打开线控器上的高压，借助电子束光观察电子束的聚焦中心点是否在坩埚内，然后增加束流，直至靶材熔化时停止增加束流；打开电子束挡板、膜厚仪挡板开始蒸镀。
色彩及饱和度增强层可通过物理气相沉积、化学气相沉积和液相工艺依据现有公知方法制备得到。物理气相沉积包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、电弧离子镀；具体可选如下任意一种方法：
D：液相工艺：比如采用液相工艺方法制备TiO2层，其制备方法为：采用TiO2前驱体溶液涂覆，在一定温度下加热固化。
E：电弧离子镀：在反射层表面进行低压真空等离子体表面处理得到色彩及饱和度增强层；其中低压真空等离子体刻蚀的参数为：温度为30～100℃，压力为8×10-4～1×10- 3Pa，电源功率为150～250W，时间15～18分钟，工作气体为Ar。
F：磁控溅射：采用磁控溅射在反射层表面形成色彩及饱和度增强层，磁控溅射的参数为：真空度为1.8×10-4～1.5×10-3Pa，反射层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar或N2纯度为98％～99.9％，气体流速为6～8sccm，基底(即基布)转速为9～12r/min，磁控溅射的功率为140～255W，磁控溅射的时间为8～10min。
在一种实施例中，上述制备方法还包括：步骤4：在色彩及饱和度增强层表面采用物理涂布或化学涂布方法制备表面保护层，表面保护层可增强结构色膜层的牢固度，使其可以抵御摩擦和洗涤的冲击。
在一种实施例中，在基底(基布)表面平整化处理前先将基布依次进行脱气、表面预处理；其中：脱气时其工艺条件为：将基布置于真空环境中，并且通过加热、保温、冷却的方式使基布内缝隙中的水汽及其它吸附气体脱除。
表面预处理采用表面清洁处理，其包括真空加热清洗、紫外线辐照清洗、等离子体放电清洗、气体冲洗、超声波清洗等，本实施例中所提及的清洗方式均可采用现有技术实现，故在此不再进行赘述。
实施例1
一种结构色织物，包括基底10，依次在基底10上形成的平整层21、反射层22、色彩及饱和度增强层23、表面保护层30。反射层22为Ag反射层，色彩及饱和度增强层23为TiO2-TiN-TiO2色彩及饱和度增强层。因此本实施例1的结构色织物的膜系为Ag/TiO2/TiN/TiO2；从左至右厚度：Ag的厚度需大于其趋肤深度，即Ag的厚度为200nm，TiO2厚度为60nm，TiN厚度为70nm，TiO2厚度为20nm。表面保护层30厚度为700nm。
该结构色织物的制备方法为，包括如下步骤：
S1：将基布送入机器，基布采用粗糙度为100nm的尼龙；
S2：将基布进行脱气、表面清洁处理，其中脱气为将基布置于真空环境中加热20min；
S3：将S2处理后的基布表面进行压光处理形成平整层，使布料表面粗糙度为10nm；其中压光处理条件为：采用一只金属辊和两只软辊组成两个硬轧点，并在80℃的温度与5吨的高压的条件下对基布进行轧压；
S4：通过磁控溅射在平整层表面形成Ag反射层，具体为：
以Ag为靶材，进行磁控溅射，在平整层表面通过磁控溅射工艺附着金属Ag反射层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为9×10-4Pa，平整层与靶材之间距离为100mm，工作气体为氩气纯度为99.9％，气体流速为6sccm，基底转速为12r/min，磁控溅射的功率为160W，磁控溅射的时间为10min；
S5：通过磁控溅射在Ag反射层上形成TiO2-TiN-TiO2色彩及饱和度增强层，具体步骤为：
S5-1：以TiO2为靶材进行磁控溅射，在Ag反射层表面制备TiO2无吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为1.5×10-3Pa，Ag反射层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为7.5sccm，基底转速为11r/min，磁控溅射的功率为255W，磁控溅射的时间为8min；
S5-2：以Ti为靶材，在TiO2无吸收材料层表面通过磁控溅射附着TiN有吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为7.2×10-4Pa，TiO2无吸收材料层与靶材之间距离为100mm，工作气体为N2纯度为99.9％，气体流速为8sccm，基底转速为12r/min，磁控溅射的功率为160W，磁控溅射的时间为10min；
S5-3：以TiO2为靶材，进行磁控溅射，在TiN有吸收材料层表面制备TiO2无吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为10-3Pa，TiN有吸收材料层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为8sccm，基底转速为9r/min，磁控溅射的功率为235W，磁控溅射的时间为9min；
S6：在TiO2-TiN-TiO2色彩及饱和度增强层表面采用化学涂布方法形成表面保护层，从而得到结构色织物；其中化学涂布具体步骤为：采用聚氨酯材料，涂布机走速为5m/min，干燥温度为75℃。
本实施例1得到的结构色织物，该结构色织物的膜系为Ag/TiO2/TiN/TiO2；从左至右厚度：Ag的厚度需大于其趋肤深度，即Ag的厚度为200nm，TiO2厚度为60nm，TiN厚度为70nm，TiO2厚度为20nm。
本实施例1得到结构色织物的反射光谱如图4所示，在该图4中，反射谱520nm附近出现了反射最高峰，接近于典型的538nm，而在小于450nm和大于600nm波长范围内反射率均较低，其色坐标为x＝0.235，y＝0.459，正好处于色度图的绿色区域，说明了本申请结构色织物色彩与光学理论设计趋于一致。
本实施例1结构色织物的膜系与传统结构色膜系Ag/Si在色度图中所处的位置分别在图5中标识。从色坐标系中可以看出，传统膜系(用“三角▲”表示)由于较宽的反射谱，其色调处于黄色区间，接近于橙黄和黄绿区域。而本实施例1的膜系(用“圆点●”表示)由于较窄的反射谱，其色调处于绿色区间，这是传统金属/吸收层类膜系难以到达的区间。
对比例1
对比例1的织物结构与实施例1大体相同。不同之处仅在于对比例1的织物不具有平整层，在制备该织物时未对布料平整化处理。
通过制备发现对比例1得到的织物，基布表面粗糙度高，导致反射率低；织物在色度图中所处的位置如图5中(用“矩形■”所表示)所示，在色坐标系中所处位置为：x＝0.291，y＝0.384；其色调更接近于色中性区域，色彩饱和度较低，最终呈现的效果为色彩偏浅偏淡，与光学理论设计及对高饱和度色彩审美需求的偏差较大。因此，本申请中将基布表面进行平整化处理后，可以降低织物表面粗糙度，减少粗糙度对后续生长的结构色膜层成色特性的影响，使最终的结构色织物具有高饱和度和宽色域。
实施例2
一种结构色织物，包括基底10，依次在基底上形成的平整层21、反射层22、色彩及饱和度增强层23、表面保护层30。反射层22为Al反射层，色彩及饱和度增强层23为TiO2-TiN-Al2O3色彩及饱和度增强层，因此本实施例2的结构色织物的膜系为Al/TiO2/TiN/Al2O3；从左至右厚度：Al厚度为95nm，TiO2厚度为65nm，TiN的厚度为140nm，Al2O3厚度为50nm，表面保护层30厚度为300nm。
该结构色织物的制备方法为，包括如下步骤：
S1：将基布送入机器，基布采用粗糙度为100nm的尼龙；
S2：将基布进行脱气、表面清洁处理，其中脱气为将基布置于真空环境中加热20min；
S3：将S2处理后的基布表面进行压光处理形成平整层，使布料表面粗糙度为10nm；其中压光处理条件为：采用一只金属辊和两只软辊组成两个硬轧点，并在80℃的温度与5吨的高压的条件下对基布进行轧压；
S4：通过磁控溅射在平整层表面形成Al反射层；具体为：
以Al为靶材，在平整层表面通过磁控溅射工艺附着金属Al反射层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为9×10-4Pa，平整层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为6sccm，基底转速为12r/min，磁控溅射的功率为145W，磁控溅射的时间为10min；
S5：通过磁控溅射在Al反射层上形成TiO2-TiN-Al2O3色彩及饱和度增强层，具体步骤为：
S5-1：以TiO2为靶材进行磁控溅射，在Al反射层表面制备TiO2无吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为10-3Pa，Al反射层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为8sccm，基底转速为9r/min，磁控溅射的功率为245W，磁控溅射的时间为10min；
S5-2：以TiN为靶材，在TiO2无吸收材料层表面通过磁控溅射附着TiN有吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为1.1×10-3Pa，TiO2无吸收材料层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为8sccm，基底转速为10r/min，磁控溅射的功率为217W，磁控溅射的时间为10min；
S5-3：以Al2O3为靶材，进行磁控溅射，在TiN有吸收材料层表面制备Al2O3无吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为1.5×10-3Pa，TiN有吸收材料层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为7sccm，基底转速为11r/min，磁控溅射的功率为255W，磁控溅射的时间为9min；
S6：在TiO2-TiN-Al2O3色彩及饱和度增强层表面采用化学涂布方法形成表面保护层，从而得到结构色织物；其中化学涂布具体步骤为：采用聚氨酯材料，涂布机走速为6.5m/min，干燥温度为75℃。
本实施例2得到的结构色织物，该结构色织物的膜系为Al/TiO2/TiN/Al2O3；从左至右厚度：Al厚度为95nm，TiO2厚度为65nm，TiN的厚度为140nm，Al2O3厚度为50nm。
本实施例2得到结构色织物，其反射光谱如图6所示，色度图如图7所示；在该图6中，反射谱447nm附近出现了反射最高峰，接近典型的420nm蓝光波段，而在450nm～700nm波长范围内反射率均较低。在该图7中，本实施例2中的显色落在圆点处，其色坐标为x＝0.163，y＝0.142，正好处于色度图的蓝色区域，说明了本申请实施例2制备的结构色织物色彩与光学理论设计趋于一致。
实施例3
一种结构色织物，包括基底10，依次在基底上形成的平整层21、反射层22、色彩及饱和度增强层23、表面保护层30。反射层22为Cr-Ni合金反射层，色彩及饱和度增强层23为Ta2O5-Ti-TiO2色彩及饱和度增强层，因此本实施例3的结构色织物的膜系为Cr-Ni/Ta2O5/Ti/TiO2；从左至右厚度：Cr-Ni厚度为57nm，Ta2O5厚度为29nm；Ti的厚度为160nm，TiO2厚度为30nm，表面保护层30厚度为700nm。
该结构色织物的制备方法为，包括如下步骤：
S1：将基布送入机器，基布采用粗糙度为100nm的尼龙；
S2：将基布进行脱气、表面清洁处理，其中脱气为将基布置于真空环境中加热20min；
S3：将S2处理后的基布表面进行压光处理形成平整层，使布料表面粗糙度为10nm；其中压光处理条件为：采用一只金属辊和两只软辊组成两个硬轧点，并在80℃的温度与5吨的高压的条件下对基布进行轧压；
S4：通过磁控溅射在平整层表面形成Cr-Ni合金反射层；具体为：
以Cr-Ni为靶材，在平整层表面通过磁控溅射工艺附着金属Cr-Ni合金反射层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为10-3Pa，平整层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为6sccm，基底转速为12r/min，磁控溅射的功率为145W，磁控溅射的时间为10min；
S5：通过磁控溅射在Cr-Ni反射层上形成Ta2O5-Ti-TiO2色彩及饱和度增强层，具体步骤为：
S5-1：以Ta2O5为靶材进行磁控溅射，在Cr-Ni反射层表面制备Ta2O5无吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为10-3Pa，Cr-Ni反射层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar，纯度为99.9％，气体流速为7.8sccm，基底转速为11r/min，磁控溅射的功率为240W，磁控溅射的时间为8min；
S5-2：以Ti为靶材，在Ta2O5无吸收材料层表面通过磁控溅射附着Ti有吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为7.2×10-4Pa，Ta2O5无吸收材料层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为8sccm，基底转速为9r/min，磁控溅射的功率为220W，磁控溅射的时间为10min；
S5-3：以TiO2为靶材，进行磁控溅射，在Ti有吸收材料层表面制备TiO2无吸收材料层；其中磁控溅射的参数包括：真空度为8×10-4Pa，Ti有吸收材料层与靶材之间距离为100mm，工作气体为Ar纯度为99.9％，气体流速为6.4sccm，基底转速为11r/min，磁控溅射的功率为197W，磁控溅射的时间为9min；
S6：在Ta2O5-Ti-TiO2色彩及饱和度增强层表面采用化学涂布方法形成表面保护层，从而得到结构色织物；其中化学涂布具体步骤为：采用聚氨酯材料，涂布机走速为5m/min，干燥温度为75℃。
本实施例3得到的结构色织物，该结构色织物的膜系为Cr-Ni/Ta2O5/Ti/TiO2；从左至右厚度：Cr-Ni厚度为57nm，Ta2O5厚度为29nm；Ti的厚度为160nm，TiO2厚度为30nm。
本实施例3得到结构色织物的反射光谱如图8所示，在该图8中，反射谱780nm附近出现了反射最高峰，比较接近典型的688nm红光波段，且在538nm～780nm波段反射率持续上升，而在400nm～538nm波长范围内反射率均较低；在图9的色度图中，其位置(用“圆点●”表示)色坐标为x＝0.528，y＝0.307，处于色度图的红色与粉色的交界区域，说明了本申请结构色织物色彩与光学理论设计趋于一致。
实施例4
本实施例4与实施例1大体相同，即本实施例4的结构色织物的膜系也是Ag/TiO2/TiN/TiO2；与实施例1不同的是：本实施例4的膜系Ag/TiO2/TiN/TiO2,从左至右厚度：Ag厚度为100nm，TiO2厚度为25nm，TiN厚度为24nm，TiO2厚度为13nm。
本实施例4得到结构色织物的反射光谱如图10所示，在该图中，反射谱390nm附近出现了反射最高峰，比较接近典型的380nm的紫光波段，在图11的色度图中，其色坐标位置(用“圆点●”表示)为x＝0.284，y＝0.176，处于色度图的紫色区域，说明了本申请结构色织物色彩与光学理论设计趋于一致。
实施例5
本实施例5与实施例1大体相同，即本实施例5的结构色织物的膜系也是Ag/TiO2/TiN/TiO2；与实施例1不同的是：本实施例5的膜系Ag/TiO2/TiN/TiO2,从左至右厚度：Ag厚度为273nm，TiO2厚度为97nm，TiN厚度为88nm，TiO2厚度为50nm。
本实施例5得到结构色织物的反射光谱如图12所示，在该图中，反射谱410nm与530nm附近均出现了反射最高峰，且400nm-700nm波段的反射率均大于40％，在可见光波段无明显的波谷，可见光的吸收不明显；在图13的色度图中，其色坐标位置(用“圆点●”表示)为x＝0.331，y＝0.345，处于色度图的白色区域，说明了本申请结构色织物色彩与光学理论设计趋于一致。
应该理解，以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种结构色织物，其特征在于：所述结构色织物包括基底，依次在所述基底上形成的平整层、反射层、色彩及饱和度增强层；
所述平整层是在基底表面平整得到；
所述反射层包括金属的单质层、合金层中的一种或多种；
所述色彩及饱和度增强层包括由内至外依次设置的无吸收材料层、有吸收材料层和无吸收材料层。
2.根据权利要求1所述的一种结构色织物，其特征在于：所述平整层是通过对基底表面压光或涂布得到；所述平整层的表面粗糙度为10nm～10μm。
3.根据权利要求2所述的一种结构色织物，其特征在于：所述平整层表面粗糙度为≥10nm，且小于1μm；所述涂布所采用的材料为聚氨酯、聚苯胺、聚丙烯或多嵌段共聚物有机物溶液。
4.根据权利要求1所述的一种结构色织物，其特征在于：
所述反射层包括金属Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al的单质层或任意多种的合金层；
所述有吸收材料层包括金属Ti、Ag、Cu、Ni、Cr、Al的单质层、合金层、以及TiN、Si3N4、TiC化合物层中的一种或多种；
所述无吸收材料层包括Ta2O5、TiO2、ZnO、Al2O3化合物层中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种结构色织物，其特征在于：所述反射层为反射率大于80％的金属单质层；所述有吸收材料层为TiN化合物层。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种结构色织物，其特征在于：所述反射层总厚度为50nm～350nm，所述色彩及饱和度增强层总厚度为30nm～300nm；
所述结构色织物的膜系为Ag/TiO2/TiN/TiO2，从左至右厚度：Ag厚度为100-300nm，TiO2厚度为20-100nm，TiN厚度为20-90nm，TiO2厚度为10-50nm。
7.根据权利要求1所述的一种结构色织物，其特征在于：所述基底为基布，所述基布选用粗糙度在100nm～100μm的尼龙、丝绸、化纤或棉布。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种结构色织物，其特征在于：还包括在色彩及饱和度增强层表面形成的表面保护层，所述表面保护层的厚度为300nm～30μm；所述表面保护层的材料包括聚氨酯、聚全氟乙丙烯、PET、聚丙烯脂中的一种或多种。
9.权利要求1-8任意一项所述的一种结构色织物的制备方法，其特征在于：
步骤1)：对基底表面平整处理得到平整层；
步骤2)：通过物理气相沉积在平整层表面形成反射层；
步骤3)：通过物理气相沉积、化学气相沉积或液相工艺在反射层表面形成色彩及饱和度增强层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：在步骤1)之前还包括将基底依次进行脱气、表面预处理；所述步骤1)中，通过对基底表面压光或涂布处理得到所述平整层，其中，所述压光条件为1～5吨压力，温度为80～100℃；所述涂布为将聚氨酯、聚苯胺、聚丙烯或多嵌段共聚物有机物的溶液进行狭缝涂布，涂布机走速为2-6m/min。
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