一种基板微孔介质及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基板微孔介质及其制备方法，包括致密薄片和微孔介质材料，所述致密薄片的厚度为0.1-2.5毫米，所述微孔介质材料的厚度为0.2-40微米，将微孔介质材料附着到致密薄片的表面上，从而构成基板微孔介质的复合材料。本发明中的gama氧化铝薄膜产生于ALOOH液，ALOOH液附着在致密薄片(玻璃，陶瓷或金属)上之后，经过干燥，高温热处理，结果是一层微孔介质牢固地被附着到致密薄片上，其微观结构内形成大量的尺寸为20-50纳米颗粒。这些纳米颗粒是gama氧化铝，且这些纳米颗粒之间存在空隙，空隙的大小约为10-40纳米。
【专利说明】
一种基板微孔介质及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种复合材料，具体是一种基板微孔介质及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微孔材料如微孔陶瓷、微孔高分子及微孔金属材料被广泛应用于化工催化、气体和液体过滤、功能分子载体、陶瓷基/金属增强复合材料。近年来随着纳米技术的快速发展，技术市场对无机纳米微孔材料和有机纳米微孔材料的需求也在不断增大。
[0003]如何把微量化学分子以简捷方式载入一种具有大比表面微孔结构的材料表面上，从而更有效地体现该化学分子功能，是当今纳米化学技术的一个需求。
[0004]专利CN 97199855公开一种微孔材料制备方法。采用此方法可制备具有内径至少8cm的管材，或其具有厚度为5至26 μ m的微孔材料。但此材料成分为有机材料，密度0.910至0.965g/cm3的高分子量基本上线性聚乙烯以及密度大于0.89g/cm3的高分子量基本上线性聚丙烯；或其混合物。
[0005]专利US 4，833，172公开了一种微孔材料制作方法。微孔材料厚度约0.03至约
0.25mm的薄片、薄膜或管形式。生产方法聚合物、填料颗粒和增塑剂的混合物挤压成片材，压延该片材，从压延片材中萃取加工增塑剂，干燥该萃取片材形成前体微孔材料。通过这种拉伸方法获得的可达到的最小厚度为约30 μm。另外，US 4，833，172描述的微孔材料以有机成分为主，不适用于高温环境。
[0006]专利CN 200580016232描述一种以聚烯烃为材质的微孔薄膜制作方法，其包含聚乙烯PEA和聚丙烯并且其具有的分子量为10，000或更低的组分含量为8到60wt %，其孔隙率为20到95%。
[0007]专利CN 102753354 A公开一种聚烯烃基体材料微孔材料，在整个基体材料中分布的微细的基本上水不可溶的填料，其中该填料包括指定用量的二氧化钛。在整个微孔材料中连通的互通孔隙的网络；二氧化钛的重量百分数和任选的对比度提高材料的重量百分数之和为至少3wt%，基于微孔材料的总重量。由于此微孔材料以聚烯烃和氧化钛为主要成分，其对水质液体亲和力差，不可应用于装载无机化合物。
[0008]专利CN 201010538038描述一种表面微孔SiC陶瓷材料制作工艺。其主原料由85?90%碳化硅粉末和10?15%钇铝石榴石组成。混合均匀后，再加入甲基纤维素水溶液球磨混合；所得浆料烘干；将所得粉料压制成型进行真空高温1500?1700°C烧结，得表面微孔碳化硅陶瓷材料，此微孔材料虽属无机陶瓷范畴，但与本发明中描述的复合材料不同。
[0009]专利CN 200910013245公开一种碳化硅陶瓷表面多孔沸石分子筛涂层材料，其特征为沸石分子筛涂层在多孔碳化硅陶瓷载体表面负载均匀，沸石分子筛涂层具有由沸石分子筛的微孔以及沸石晶体相互搭接形成的大孔组成的双重孔道结构；碳化硅陶瓷载体具有宏观多孔结构，碳化硅陶瓷载体为泡沫结构或蜂窝结构，泡沫碳化硅陶瓷的筋表面和蜂窝碳化硅陶瓷的孔壁上有0.1?10微米的微孔。
[0010]专利CN201210082149公开了一种多孔泡沫陶瓷及其制备方法，材料主要成分为长石45% -65%、玻璃粉10% -25%、白胶泥或高铝粘土 15% -30%、碳化硅0.05% -1 %。制备时，首先进行称料，再加水得到料浆；然后对料浆进行球磨，烘干，破碎；最后在12000C -1300°C进行高温烧结。
[0011]而以上【背景技术】所述的都是体积微孔材料，与本发明不同。基板微孔介质的微孔层很薄，因此可以用来固定微量化学功能分子。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种更有效地把微量化学分子的性能和功能显示出来的基板微孔介质及其制备方法。以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0013]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0014]—种基板微孔介质及其制备方法，包括致密薄片和微孔介质材料，所述致密薄片的厚度为0.1-2.5毫米，所述微孔介质材料的厚度为0.2-40微米，将微孔介质材料附着到致密薄片的表面上，从而构成基板微孔介质的复合材料；
[0015]所述基板微孔介质制备步骤为:
[0016](I)制作ALOOH液:取勃姆石(A100H)粉末放入酸溶液中分散后，放置于封闭的反应釜中，且将反应釜内的温度加热至90-150°C，进行反应、溶解，反应时间为1-10小时，反应结束后自然冷却至室温，所得到的溶液一般含有少量未被溶解的残余勃姆石，经过静止沉积，过滤，可得到透明的溶液；或者取勃姆石(A100H)粉末放入酸溶液中分散后，在一个大气压下，温度为90-100°C的容器中进行反应、溶解，之后自然冷却至室温，经过静止沉积，过滤，可得到透明的ALOOH液；
[0017](2) ALOOH液的涂敷:将步骤(I)中得到的ALOOH液涂敷至100%致密的致密薄片上，然后在温度为50-90°C的环境下干燥0.5-1小时，当致密薄片I上ALOOH液的水被蒸发后，薄片上形成一层ALOOH膜；
[0018](3)热处理:对涂敷了 ALOOH液的致密薄片进行时间为15-100分钟的热处理，ALOOH膜转化成微孔介质材料，即得基板微孔介质。
[0019]作为本发明进一步的方案:制作ALOOH液步骤中，勃姆石粉在100克水中的含量是
0.5-40克；酸在100克水中的含量是0.1-2.5克，酸包括无机酸或有机酸。
[0020]作为本发明进一步的方案:制作ALOOH液步骤中，在所述ALOOH液中加入1-15%的有机溶剂。
[0021]作为本发明进一步的方案:制作ALOOH液步骤中，在所述ALOOH液中加入1-10%
聚乙二醇。
[0022]作为本发明进一步的方案:在ALOOH液的涂敷步骤中，采用离心式摔涂的涂敷方式得到厚度为0.5-10微米的ALOOH膜，使用刮板式的涂敷方式得到厚度为5-20微米的ALOOH膜，使用喷涂的涂敷方式可使ALOOH膜的厚度进一步提高到20-40微米；使用重复多次将ALOOH膜涂敷在致密薄片表面，即通过旋涂，热处理，再次旋涂，热处理，重复此步骤，ALOOH膜的厚度大于40微米。
[0023]作为本发明进一步的方案:热处理步骤中，当致密薄片为玻璃片时热处理温度为500-6500C ；A当致密薄片为氧化铝陶瓷片时热处理温度为550-950°C;当致密薄片为不锈钢片时热处理温度为500-850°C ;当致密薄片为熔融石英片时热处理温度为600-950°C。
[0024]作为本发明进一步的方案:热处理步骤中，热处理的气氛为自然空气。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0026](I)本发明中的gama氧化铝薄膜产生于ALOOH液，ALOOH液附着在致密薄片(玻璃，陶瓷或金属)上之后，经过干燥，高温热处理，水被完全除掉，结果是使微观结构形成大量的尺寸为20-50纳米颗粒。这些纳米颗粒是gama氧化铝，且这些纳米颗粒之间存在空隙，空隙的大小约为5—30纳米。
[0027](2)当把ALOOH膜附着在玻璃表面上时，进一步通过热处理使其转变为gama氧化铝(Y-Al2O3)膜后，呈可见光透明性。
[0028](3)当基板微孔介质的厚度达到大于40微米时，基板微孔介质呈可见光半透明性。当该板微孔介质的厚度小于40微米时，具有良好透明性，微孔介质材料附着在玻璃表面的透明度尤其明显；且孔介质材料整体连续，没有裂纹，与致密薄片结合牢固，不脱落。
[0029](4)热处理过程中ALOOH膜转变为gama氧化铝(γ -Al2O3)膜，即微孔介质材料，gama氧化铝膜仍保持热处理前的特征；热处理后，薄膜与被附着的致密玻璃薄片、陶瓷薄片板或金属薄片结合更加牢固，不脱落；同时，热处理使得薄膜强度和硬度提高；gama氧化铝薄膜的化学稳定性大幅度提高，热处理前，薄膜可以被水溶解，可以被水冲洗掉，热处理后，薄膜在沸腾水中不能被冲洗掉。
[0030](5)基板微孔介质上的微孔结构层具有30% -80%的空隙率。
【附图说明】
[0031]图1为本发明的结构示意图。
[0032]图2为微孔介质材料的电镜照片。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
[0034]请参阅图1?2，本发明实施例中，一种基板微孔介质及其制备方法，包括致密薄片I和微孔介质材料2，所述致密薄片I的厚度为0.1-2.5毫米，且致密薄片I的材质是氧化铝薄片、玻璃薄片、不锈钢薄片等具有一定强度材料，所述微孔介质材料2的厚度为0.2-40微米，且微孔介质材料2没有强度，将微孔介质材料2附着到致密薄片I的表面上，从而构成基板微孔介质的复合材料，该复合材料具有表面微孔介质性能，同时也具有一定强度；
[0035]所述基板微孔介质制备步骤为:
[0036](I)制作ALOOH液:取勃姆石(A100H)粉末放入酸溶液中分散后，放置于封闭的反应釜中，且将反应釜内的温度加热至90-150°C，进行反应、溶解，反应时间为1-10小时，反应结束后自然冷却至室温，所得到的溶液一般含有少量经过未被溶解的残余勃姆石，经过静止沉积，过滤，可得到透明的溶液；或者取勃姆石(A100H)粉末放入酸溶液中分散后，在一个大气压下，温度为90-100°C的容器中进行反应、溶解，之后自然冷却至室温，经过静止沉积，过滤，可得到透明的ALOOH液；
[0037]在制备ALOOH液过程中，根据不同情况，勃姆石粉在100克水中的含量是0.5-40克；在制备ALOOH液过程中，根据不同情况，酸在100克水中的含量是0.1-2.5克，酸包括无机酸或有机酸；
[0038]在制备ALOOH液过程中，加入1_15%的有机溶剂，包括醇类如乙醇，苯类如甲苯，乙酸乙酯卤代烷，丙酮，加入有机溶剂后，在干燥和热处理过程中可以有效增加微孔介质的空隙率；在制备ALOOH液过程中，加入1-10%聚乙二醇，在干燥和热处理过程中可以有效增加微孔介质的空隙率；
[0039](2) ALOOH液的涂敷:将步骤⑴中得到的ALOOH液涂敷至100%致密的致密薄片I上，然后在温度为50-90°C的环境下干燥0.5-1小时，当致密薄片I上ALOOH液的水被蒸发后，薄片上形成一层ALOOH膜，这种ALOOH膜的主要化学成分AL00H，同时含有少量的剩余酸；该ALOOH膜具有良好透明性，这在玻璃表面尤其明显；该ALOOH膜整体连续，没有裂纹；该ALOOH膜与被附着的致密薄片I结合牢固，不脱落；采用离心式摔涂的涂敷方式得到厚度为0.5-10微米的ALOOH膜，使用刮板式的涂敷方式得到厚度为5-20微米的ALOOH膜，使用喷涂的涂敷方式可使ALOOH膜的厚度进一步提高到20-40微米；重复多次将ALOOH膜附着在玻璃表面，即通过旋涂，热处理，再次旋涂，热处理，重复此步骤，来增加gama氧化铝(T -Al2O3)介质薄膜厚度，可以使得ALOOH膜当的厚度大于40微米，此时基板微孔介质呈可见光半透明性。
[0040](3)热处理:介质ALOOH/玻璃片热处理温度为500-650°C ；AL00H/氧化铝陶瓷片热处理温度为550-950°C ;AL00H/不锈钢片热处理温度为500-850°C ;AL00H/熔融石英(S12)片热处理温度为600-950°C，根据致密薄片I的材料确定热处理温度；热处理时间为15-100分钟，所述热处理的气氛为自然空气；热处理过程中ALOOH膜转变为gama氧化铝(T-Al2O3)膜，即微孔介质材料2，gama氧化铝膜仍保持热处理前的特征；热处理后，薄膜与被附着的致密玻璃薄片、陶瓷薄片板或金属薄片结合更加牢固，不脱落；同时，热处理使得薄膜强度和硬度提高；gama氧化铝薄膜的化学稳定性大幅度提高，热处理前，薄膜可以被水溶解，可以被水冲洗掉，热处理后，薄膜在沸腾水中不能被冲洗掉。
[0041]本发明的实施方案可通过下列实例进一步说明。
[0042]例一:10克勃姆石粉分散于100克水中，加入0.1克浓度为68%的硝酸，之后放置于封闭式反应釜中，加热至120°C，进行反应、溶解。反应时间为I小时。之后自然冷却至室温。经过静止沉积，过滤没有被溶解的残余物，得到透明的溶液。将少量该溶液滴在水平放置的I毫米厚的玻璃片上，经过匀胶机旋涂后，在85°C干燥I小时。进一步在580°C热处理60分钟。玻璃片上附着一层透明并具有微孔结构的gama氧化铝介质薄膜。
[0043]这样得到的基板微孔介质具有一个特征，任何液态物质均可以由于毛细管作用被嵌入或固定在基板微孔介质表面上。
[0044]用同样方法，可以把一层透明gama氧化铝膜附着至0.5毫米厚的不锈钢片上。
[0045]用同样方法，可以把一层透明gama氧化铝膜附着至I毫米厚的致密氧化铝片上。
[0046]例二:20克勃姆石粉分散于100克水中，加入0.2克浓度为68%的硝酸，之后放置于封闭式反应釜中，加热至120°C，进行反应、溶解。反应时间为2小时。之后自然冷却至室温。经过静止沉积，过滤没有被溶解的残余物，得到透明的溶液。将少量该溶液滴在水平放置的I毫米厚的玻璃片上，经过匀胶机旋涂后，在85°c干燥I小时。进一步在560°C热处理60分钟。这样可以得到一个基板微孔介质。玻璃片上附着一层透明并具有微孔结构的gama氧化招膜。
[0047]用同样方法，可以把一层透明gama氧化铝膜附着至0.5毫米厚的不锈钢片上。
[0048]用同样方法，可以把一层透明gama氧化铝膜附着至I毫米厚的致密氧化铝片上。但热处理温度增加至850°C。
[0049]例三:15克勃姆石粉分散于100克水中，加入0.2克浓度为68%的硝酸，之后放置于封闭式反应釜中，加热至120°C，进行反应、溶解。反应时间为2小时。之后自然冷却至室温。经过静止沉积，过滤没有被溶解的残余物，得到透明的溶液。进一步在此溶液中加入15毫升乙醇，磁力搅拌10分钟，得到溶液仍然透明。将少量此溶液滴在水平放置的I毫米厚的玻璃片上，经过匀胶机旋涂后，在85°C干燥I小时。进一步在580°C热处理60分钟。这样得到透明的基板微孔介质。介质层(如图1所示)具有微孔结构。
[0050]用同样方法，可以把一层透明并具有微孔结构的gama氧化铝膜附着至0.5毫米厚的不锈钢片上。
[0051]用同样方法，可以把一层透明并具有微孔结构的gama氧化铝膜附着至I毫米厚的致密氧化铝片上。但热处理温度增加至850°C。
[0052]例四:实施步骤与例三相同，只是把例三中的15毫升乙醇改成10毫升甲醇。
[0053]例五:实施步骤与例三相同，只是把例三中的15晕升乙醇改成5晕升丙酮。
[0054]例六:实施步骤与例三相同，只是把例三中的15毫升乙醇改成15毫升8%的聚乙二醇水溶液。
[0055]例七:12克勃姆石粉分散于100克水中，加入0.4克浓度为68%的硝酸，加热煮至沸腾并采用冷凝回流防止水挥发掉。反应时间为3小时。之后自然冷却至室温。经过静止沉积，过滤没有被溶解的残余物，得到透明的溶液。将少量此溶液滴在水平放置的I毫米厚的玻璃片上，经过匀胶机旋涂后，在85°C干燥I小时。进一步在580°C热处理60分钟。这样得到透明的基板微孔介质。介质层具有微孔结构。
[0056]用同样方法，可以把一层透明并具有微孔结构的gama氧化铝膜附着至0.5毫米厚的不锈钢片上。
[0057]用同样方法，可以把一层透明并具有微孔结构的gama氧化铝膜附着至I毫米厚的致密氧化铝片上。但热处理温度增加至850°C。
[0058]例八:10克勃姆石粉分散于100克水中，加入0.3克浓度为68%的硝酸，加热煮至沸腾并采用冷凝回流防止水挥发掉。反应时间为3小时。之后自然冷却至室温。经过静止沉积，过滤没有被溶解的残余物，得到透明的溶液。进一步在此溶液中加入15毫升乙醇，磁力搅拌10分钟，得到溶液仍然透明。将少量此溶液滴在水平放置的I毫米厚的玻璃片上，经过匀胶机旋涂后，在85°C干燥I小时。进一步在560°C热处理60分钟。这样得到透明的基板微孔介质。介质层具有微孔结构。
[0059]用同样方法，可以把一层透明并具有微孔结构的gama氧化铝膜附着至0.5毫米厚的不锈钢片上。
[0060]用同样方法，可以把一层透明并具有微孔结构的gama氧化铝膜附着至I毫米厚的致密氧化铝片上。但热处理温度增加至850°C。
[0061]例九:实施步骤与例三相同，只是不采用旋涂方法，采用喷涂方法。
[0062]例十:实施步骤与例三相同，只是将15克勃姆石粉分散于100克水中后，加入0.3克浓度为36%的盐酸。
[0063]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0064]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种基板微孔介质及其制备方法，其特征在于，包括致密薄片和微孔介质材料，所述致密薄片的厚度为0.1-2.5毫米，所述微孔介质材料的厚度为0.2-40微米，将微孔介质材料附着到致密薄片的表面上，从而构成基板微孔介质的复合材料； 所述基板微孔介质制备步骤为: (1)制作ALOOH液:取勃姆石(A100H)粉末放入酸溶液中分散后，放置于封闭的反应釜中，且将反应釜内的温度加热至90-150°C，进行反应、溶解，反应时间为1-10小时，反应结束后自然冷却至室温，所得到的溶液一般含有少量未被溶解的残余勃姆石，经过静止沉积，过滤，可得到透明的溶液；或者取勃姆石(A100H)粉末放入酸溶液中分散后，在一个大气压下，温度为90-100°C的容器中进行反应、溶解，之后自然冷却至室温，经过静止沉积，过滤，可得到透明的ALOOH液； (2)ALOOH液的涂敷:将步骤(I)中得到的ALOOH液涂敷至100%致密的致密薄片上，然后在温度为50-90°C的环境下干燥0.5-1小时，当致密薄片I上ALOOH液的水被蒸发后，薄片上形成一层ALOOH膜； (3)热处理:对涂敷了ALOOH液的致密薄片进行时间为15-100分钟的热处理，ALOOH膜转化成微孔介质材料，即得基板微孔介质。2.根据权利要求1所述的一种基板微孔介质及其制备方法，其特征在于，制作ALOOH液步骤中，勃姆石粉在100克水中的含量是0.5-40克；酸在100克水中的含量是0.1-2.5克，酸包括无机酸或有机酸。3.根据权利要求1所述的一种基板微孔介质及其制备方法，其特征在于，制作ALOOH液步骤中，在所述ALOOH液中加入1-15%的有机溶剂。4.根据权利要求1所述的一种基板微孔介质及其制备方法，其特征在于，制作ALOOH液步骤中，在所述ALOOH液中加入1-10 %聚乙二醇。5.根据权利要求1所述的一种基板微孔介质及其制备方法，其特征在于，在ALOOH液的涂敷步骤中，采用离心式摔涂的涂敷方式得到厚度为0.5-10微米的ALOOH膜，使用刮板式的涂敷方式得到厚度为5-20微米的ALOOH膜，使用喷涂的涂敷方式可使ALOOH膜的厚度进一步提高到20-40微米；使用重复多次将ALOOH膜涂敷在致密薄片表面，即通过旋涂，热处理，再次旋涂，热处理，重复此步骤，ALOOH膜的厚度大于40微米。6.根据权利要求1所述的一种基板微孔介质及其制备方法，其特征在于，热处理步骤中，当致密薄片为玻璃片时热处理温度为500-650°C ；A当致密薄片为氧化铝陶瓷片时热处理温度为550-950°C ;当致密薄片为不锈钢片时热处理温度为500-850°C ;当致密薄片为熔融石英片时热处理温度为600-950°C。7.根据权利要求1所述的一种基板微孔介质及其制备方法，其特征在于，热处理步骤中，热处理的气氛为自然空气。
【文档编号】C03C17/22GK105884204SQ201410657938
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月14日
【发明人】刘莹
【申请人】刘莹