一种具有吸波功能的纳米涂层的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学领域，涉及纳米技术、溶胶技术、纳米薄膜制造技术及相关应用，本发明所公开的一种制备纳米溶胶及其成膜方法，可以在基材表面形成具有特殊电磁性能的纳米薄膜，赋予材料吸波功能。
【背景技术】
[0002]纳米技术:粒径小于100纳米的材料称为纳米材料，纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，从而具有三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
[0003]溶胶是指通过水解和聚合作用，在溶剂中形成的有机或无机的纳米或微米级的粒子即胶体粒子，这些粒子具有带相反电荷的吸附层和扩散层，称为双电层，双电层之间的电位差称为ζ电位，这些胶体粒子由于带有ζ电位而相互排斥，从而能以悬浮状态存在于溶剂中，即形成溶胶，ζ电位越高，微粒间斥力越大，溶胶越稳定；胶体粒子由于失去电荷，或者包覆在外圈的溶剂层被破坏，胶体粒子发生聚合，溶胶发生固化即形成凝胶。
【发明内容】
[0004]依据本发明公开的方法，制备具有吸波功能的纳米薄膜，包括以下步骤:
1)选用硝酸铁、硝酸镍、硝酸锰等作为前体，按照铁:镍:锰的摩尔比1:1:1的比例在乙醇中进行混合，加入柠檬酸作为络合剂将金属离子进行络合，加入葡萄糖、蔗糖作为包覆剂，抑制纳米颗粒的团聚；
2)在100度左右的温度下蒸发溶剂，再加入1%至3%的硅烷偶联剂，加热到摄氏100度至200度，经过高速搅拌混合，制成硅烷活化复合纳米粉体；
3)选用硅酸乙酯和氧氯化锆作为前体，依据硅:锆摩尔比1:1的配比，在乙醇溶剂中通过水解，制备摩尔浓度在0.lmol/L至0.2mol/L的复合溶胶；
4)将复合纳米粉体加入制备好的复合溶胶中充分混合均匀，制成复合溶胶，涂覆到基材表面，经过自然干燥和烘烤，制成具有吸波性能的纳米薄膜。
[0005]溶胶制备过程中希望浓度越小越好，而溶胶涂覆时要求较高的浓度，以保证基材表面被充分的涂覆，这是一个相互矛盾要求；为解决这个问题，本发明公开的方法是，添加(不仅限于)聚乙烯醇等作为溶胶的增溶剂，避免溶胶颗粒团聚或长大的前提下，提高溶胶的浓度。
[0006]为使溶胶在涂覆过程中具有良好的自流平性能，以形成均匀的薄膜，本发明给出的一个优选方案是，添加有机氟树脂降低溶胶的表面张力。
[0007]为使在基材表面形成均匀、透明、与基材结合牢固的薄膜，喷涂好溶胶薄膜的基材，需要放置30分钟至1小时，使薄膜的组成物进行充分老化。
[0008]为满足有机高分子基材耐高温性能有限的要求，一个优选的方案是，将纳米复合溶胶涂覆到有机高分子材料表面，形成薄膜层，经摄氏100度至200度的烘烤，制成附着于有机高分子材料表面的功能纳米薄膜。
[0009]对于陶瓷、玻璃等无机非金属材料，一个优选的方案是，将纳米复合溶胶涂覆到无机非金属材料表面，形成薄膜层，经摄氏500度至600度的烘烤，制成附着于无机非金属材料表面的功能纳米薄膜。
[0010]对于诸如(但不仅限于)铝材、铜材、不锈钢或钛合金等金属材料，一个优选的方案是，将纳米复合溶胶涂覆到金属材料表面，形成薄膜层，经摄氏200度至400度的烘烤，制成附着于金属材料表面的功能纳米薄膜。
[0011]实施例一:常用的微晶玻璃制品由于无法截断电磁波，通常不能用于电磁炉的炊具，通过在微晶玻璃制品表面涂覆一层具有吸波性能的纳米薄膜，可以制造出直接用于电磁炉的微晶玻璃炊具，包括以下步骤:
O按照本发明所述方法，制备具有吸波性能的纳米复合溶胶；
2)将该纳米复合溶胶涂覆在微晶玻璃炊具表面；
3)在低于微晶玻璃软化点的温度范围内进行烘烤，自然冷却，制成可用于电磁炉的微晶玻璃炊具。
[0012]实施例二:一种具有吸收雷达波性能的钛合金材料，其制造过程包括以下步骤:
O按照本发明所属方法，制备化学组成包括铁酸镍、四氧化三铁和氧化锰的复合溶胶；
2)将该复合溶胶喷涂到钛合金表面，形成薄膜；
3)加热到摄氏300度至400度烘烤90分钟至120分钟，在钛合金表面形成纳米薄膜，不但能吸收雷达波，而且能对钛合金起防腐保护作用。
【主权项】
1.制备具有吸波功能的纳米薄膜，包括以下步骤: 1)选用硝酸铁、硝酸镍、硝酸锰等作为前体，按照铁:镍:锰的摩尔比1:1:1的比例在乙醇中进行混合，加入柠檬酸作为络合剂将金属离子进行络合，加入葡萄糖、蔗糖作为包覆剂，抑制纳米颗粒的团聚； 2)在100度左右的温度下蒸发溶剂，再加入1%至3%的硅烷偶联剂，加热到摄氏100度至200度，经过高速搅拌混合，制成硅烷活化复合纳米粉体； 3)选用硅酸乙酯和氧氯化锆作为前体，依据硅:锆摩尔比1:1的配比，在乙醇溶剂中通过水解，制备摩尔浓度在0.lmol/L至0.2mol/L的复合溶胶； 4)将复合纳米粉体加入制备好的复合溶胶中充分混合均匀，制成复合溶胶，涂覆到基材表面，经过自然干燥和烘烤，制成具有吸波性能的纳米薄膜。2.基于权利1的纳米薄膜，应用于陶瓷玻璃等非吸波材料，赋予陶瓷玻璃等材料吸波功能。3.基于权利1的复合溶胶，应用于各种塑料表面，赋予塑料吸波功能的同时，增强塑料表面硬度、耐摩擦等机械性能。4.基于权利1的复合溶胶，应用于合金表面，赋予合金吸波功能的同时，对合金起防腐蚀作用。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米复合溶胶的制备方法及以此溶胶制备功能纳米薄膜的方法，该方法可以适用于有极高分子材料表面、无机非金属材料表面和金属材料表面，赋予基材吸波性能，可以广泛应用于各种材料的表面改性。
【IPC分类】C03C17/00, B05D7/14, C09D5/08, C08J7/06, B05D3/02, C09D5/32, C09D1/00, C09D7/12
【公开号】CN105255242
【申请号】CN201510590258
【发明人】郭景康, 王键
【申请人】上海大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月17日