一種具有吸波功能的納米涂層的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，涉及納米技術(shù)、溶膠技術(shù)、納米薄膜制造技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用，本發(fā)明所公開的一種制備納米溶膠及其成膜方法，可以在基材表面形成具有特殊電磁性能的納米薄膜，賦予材料吸波功能。
【背景技術(shù)】
[0002]納米技術(shù):粒徑小于100納米的材料稱為納米材料，納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，從而具有三大效應(yīng):表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。
[0003]溶膠是指通過水解和聚合作用，在溶劑中形成的有機或無機的納米或微米級的粒子即膠體粒子，這些粒子具有帶相反電荷的吸附層和擴散層，稱為雙電層，雙電層之間的電位差稱為ζ電位，這些膠體粒子由于帶有ζ電位而相互排斥，從而能以懸浮狀態(tài)存在于溶劑中，即形成溶膠，ζ電位越高，微粒間斥力越大，溶膠越穩(wěn)定；膠體粒子由于失去電荷，或者包覆在外圈的溶劑層被破壞，膠體粒子發(fā)生聚合，溶膠發(fā)生固化即形成凝膠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]依據(jù)本發(fā)明公開的方法，制備具有吸波功能的納米薄膜，包括以下步驟:
1)選用硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸錳等作為前體，按照鐵:鎳:錳的摩爾比1:1:1的比例在乙醇中進行混合，加入檸檬酸作為絡(luò)合劑將金屬離子進行絡(luò)合，加入葡萄糖、蔗糖作為包覆劑，抑制納米顆粒的團聚；
2)在100度左右的溫度下蒸發(fā)溶劑，再加入1%至3%的硅烷偶聯(lián)劑，加熱到攝氏100度至200度，經(jīng)過高速攪拌混合，制成硅烷活化復(fù)合納米粉體；
3)選用硅酸乙酯和氧氯化鋯作為前體，依據(jù)硅:鋯摩爾比1:1的配比，在乙醇溶劑中通過水解，制備摩爾濃度在0.lmol/L至0.2mol/L的復(fù)合溶膠；
4)將復(fù)合納米粉體加入制備好的復(fù)合溶膠中充分混合均勻，制成復(fù)合溶膠，涂覆到基材表面，經(jīng)過自然干燥和烘烤，制成具有吸波性能的納米薄膜。
[0005]溶膠制備過程中希望濃度越小越好，而溶膠涂覆時要求較高的濃度，以保證基材表面被充分的涂覆，這是一個相互矛盾要求；為解決這個問題，本發(fā)明公開的方法是，添加(不僅限于)聚乙烯醇等作為溶膠的增溶劑，避免溶膠顆粒團聚或長大的前提下，提高溶膠的濃度。
[0006]為使溶膠在涂覆過程中具有良好的自流平性能，以形成均勻的薄膜，本發(fā)明給出的一個優(yōu)選方案是，添加有機氟樹脂降低溶膠的表面張力。
[0007]為使在基材表面形成均勻、透明、與基材結(jié)合牢固的薄膜，噴涂好溶膠薄膜的基材，需要放置30分鐘至1小時，使薄膜的組成物進行充分老化。
[0008]為滿足有機高分子基材耐高溫性能有限的要求，一個優(yōu)選的方案是，將納米復(fù)合溶膠涂覆到有機高分子材料表面，形成薄膜層，經(jīng)攝氏100度至200度的烘烤，制成附著于有機高分子材料表面的功能納米薄膜。
[0009]對于陶瓷、玻璃等無機非金屬材料，一個優(yōu)選的方案是，將納米復(fù)合溶膠涂覆到無機非金屬材料表面，形成薄膜層，經(jīng)攝氏500度至600度的烘烤，制成附著于無機非金屬材料表面的功能納米薄膜。
[0010]對于諸如(但不僅限于)鋁材、銅材、不銹鋼或鈦合金等金屬材料，一個優(yōu)選的方案是，將納米復(fù)合溶膠涂覆到金屬材料表面，形成薄膜層，經(jīng)攝氏200度至400度的烘烤，制成附著于金屬材料表面的功能納米薄膜。
[0011]實施例一:常用的微晶玻璃制品由于無法截斷電磁波，通常不能用于電磁爐的炊具，通過在微晶玻璃制品表面涂覆一層具有吸波性能的納米薄膜，可以制造出直接用于電磁爐的微晶玻璃炊具，包括以下步驟:
O按照本發(fā)明所述方法，制備具有吸波性能的納米復(fù)合溶膠；
2)將該納米復(fù)合溶膠涂覆在微晶玻璃炊具表面；
3)在低于微晶玻璃軟化點的溫度范圍內(nèi)進行烘烤，自然冷卻，制成可用于電磁爐的微晶玻璃炊具。
[0012]實施例二:一種具有吸收雷達(dá)波性能的鈦合金材料，其制造過程包括以下步驟:
O按照本發(fā)明所屬方法，制備化學(xué)組成包括鐵酸鎳、四氧化三鐵和氧化錳的復(fù)合溶膠；
2)將該復(fù)合溶膠噴涂到鈦合金表面，形成薄膜；
3)加熱到攝氏300度至400度烘烤90分鐘至120分鐘，在鈦合金表面形成納米薄膜，不但能吸收雷達(dá)波，而且能對鈦合金起防腐保護作用。
【主權(quán)項】
1.制備具有吸波功能的納米薄膜，包括以下步驟: 1)選用硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸錳等作為前體，按照鐵:鎳:錳的摩爾比1:1:1的比例在乙醇中進行混合，加入檸檬酸作為絡(luò)合劑將金屬離子進行絡(luò)合，加入葡萄糖、蔗糖作為包覆劑，抑制納米顆粒的團聚； 2)在100度左右的溫度下蒸發(fā)溶劑，再加入1%至3%的硅烷偶聯(lián)劑，加熱到攝氏100度至200度，經(jīng)過高速攪拌混合，制成硅烷活化復(fù)合納米粉體； 3)選用硅酸乙酯和氧氯化鋯作為前體，依據(jù)硅:鋯摩爾比1:1的配比，在乙醇溶劑中通過水解，制備摩爾濃度在0.lmol/L至0.2mol/L的復(fù)合溶膠； 4)將復(fù)合納米粉體加入制備好的復(fù)合溶膠中充分混合均勻，制成復(fù)合溶膠，涂覆到基材表面，經(jīng)過自然干燥和烘烤，制成具有吸波性能的納米薄膜。2.基于權(quán)利1的納米薄膜，應(yīng)用于陶瓷玻璃等非吸波材料，賦予陶瓷玻璃等材料吸波功能。3.基于權(quán)利1的復(fù)合溶膠，應(yīng)用于各種塑料表面，賦予塑料吸波功能的同時，增強塑料表面硬度、耐摩擦等機械性能。4.基于權(quán)利1的復(fù)合溶膠，應(yīng)用于合金表面，賦予合金吸波功能的同時，對合金起防腐蝕作用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米復(fù)合溶膠的制備方法及以此溶膠制備功能納米薄膜的方法，該方法可以適用于有極高分子材料表面、無機非金屬材料表面和金屬材料表面，賦予基材吸波性能，可以廣泛應(yīng)用于各種材料的表面改性。
【IPC分類】C03C17/00, B05D7/14, C09D5/08, C08J7/06, B05D3/02, C09D5/32, C09D1/00, C09D7/12
【公開號】CN105255242
【申請?zhí)枴緾N201510590258
【發(fā)明人】郭景康, 王鍵
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月17日