專利名稱：一種具有吸波和輻射功能的納米涂層的制造方法
技術領域：
本發明屬于材料科學領域，涉及納米技術、溶膠技術、納米薄膜制造技術及相關應用，本發明所公開的一種特殊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，賦予材料吸收和輻射能量之功能。
背景技術：
納米技術粒徑小于100納米的材料稱為納米材料，納米材料具有顆粒尺寸小、t匕
表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，從而具有三大效應表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。溶膠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(電位，這些膠體粒子由于帶有(電位而相互排斥，從而能以懸浮狀態存在于溶劑中，即形成溶膠，(電位越高，微粒間斥力越大，溶膠越穩定；膠體粒子由于失去電荷，或者包覆在外圈的溶劑層被破壞，膠體粒子發生聚合，溶膠發生固化即形成凝膠。溶膠制造中存在一個較大的難題是，溶膠由于各種因素的影響，失去穩定性，發生凝膠。這給溶膠的大規模制造和應用形成嚴重的制約，解決溶膠的穩定性，是拓展溶膠應用空間的如提條件。溶膠凝膠涂層·工藝用溶膠凝膠膜技術制備涂層。以金屬鹽或者有機鹽溶液為原料，經過適當的水解和聚合反應，在基體材料上制成含有金屬氧化物或氫氧化物離子的溶液膠，并凝膠化，再把凝膠加熱，最后經干燥、煅燒和燒結獲得所需的薄膜。溶膠通常采用浸潤提拉、勻膠甩膜等工藝制備薄膜，這些方法的一個共同缺陷就是，只適合于二維平面涂膜，對于三維基材，則無法涂膜。溶膠成膜通常在較高的溫度下固化，有機薄膜固化一般在130度至200度，無機薄膜固化一般在500度至600度；即使在130度時，多少常用的有機高分子材料都可能發生變形；在100度以下的溫度，使溶膠成膜固化，是一個適用而又困難的挑戰。

發明內容
應用材料設計技術，預先設計好具有鐵磁性的材料配方，應用溶膠凝膠法制備鐵磁性納米粉體；為了獲得能夠吸收較寬波長的射線的吸波材料，一個優選的方案是，將預先合成的納米鐵酸鎳粉體、納米四氧化三鐵粉體和納米氧化錳粉體進行混合，加入硅烷偶聯齊IJ，加熱到攝氏100度至200度，經過高速攪拌混合，制成硅烷活化復合納米粉體。為了控制粉體的粒徑在納米尺度內，通常選用硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸錳等作為前體，加入檸檬酸作為螯合劑與金屬離子進行螯合，加入葡萄糖、蔗糖作為包覆劑，抑制溶膠凝膠過程中納米顆粒的團聚。應用材料設計技術，預先設計好具有紅外輻射性能的材料配方，應用溶膠凝膠法制備具有紅外輻射性能的納米粉體；為了獲得能夠良好紅外輻射性能的納米粉體，一個優選的方案是，選用碳酸鎂、氯化鋁和硅酸乙酯作為前體，加入檸檬酸作為螯合劑與金屬離子進行螯合，加入葡萄糖、蔗糖作為包覆劑，抑制溶膠凝膠過程中納米顆粒的團聚。通過水解金屬醇鹽或有機金屬化合物，獲得作為功能納米粉體載體的溶膠，一個優選的方案是，在酸性乙醇中，水解硅酸乙酯預聚體，制成硅溶膠；為了生成顆粒度較小的溶膠以及控制溶膠的粒徑分布，需要將溶膠控制為稀溶液，一個優選的方案是摩爾濃度在0. lmol/L 至 0. 2mol/L。將具有吸波性能的納米復合粉體加入作為載體的納米溶膠中充分混合均勻，制成復合溶膠，涂覆到基材表面，經過自然干燥和烘烤，制成具有吸波性能的納米薄膜。將具有紅外輻射性能的納米粉體加入作為載體的納米溶膠中充分混合均勻，制成復合溶膠，涂覆到基材表面，經過自然干燥和烘烤，制成具有紅外輻射性能的納米薄膜。將具有吸波性能的納米復合粉體和具有紅外輻射性能的納米粉體，加入作為載體的納米溶膠中充分混合均勻，制成復合溶膠，涂覆到基材表面，經過自然干燥和烘烤，制成具有吸波性能和紅外輻射性能的納米薄膜。溶膠體系的失穩，首先是從溶膠顆粒的自團聚開始的，為了保持溶膠的長期穩定，本發明公開的方法是，通過添加有機小分子單體，通過表面基團與溶膠顆粒結合，起到阻隔劑的作用，抑制溶膠顆粒的團聚或長大；同時通過添加(但不僅限于)氧氯化鋯水解液制成的酸性鋯溶液，保持整個溶膠體系處于高酸度狀態下；高酸度狀態下，氫離子濃度較大，有利于保持溶膠中膠粒的穩定，使溶膠長期穩定。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。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，本發明給出的一個優選方案是，添加有機氟樹脂降低溶膠的表面張力。為使在基材表面形成均勻、透明、與基材結合牢固的薄膜，噴涂好溶膠薄膜的基材，需要放置30分鐘至I小時，使薄膜的組成物進行充分老化。為滿足有機高分子基材耐高溫性能有限的要求，一個優選的方案是，將納米復合溶膠涂覆到有機高分子材料表面，形成薄膜層，經攝氏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。對于陶瓷、玻璃等無機非金屬材料，一個優選的方案是，將納米復合溶膠涂覆到無機非金屬材料表面，形成薄膜層，經攝氏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。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，一個優選的方案是，將納米復合溶膠涂覆到金屬材料表面，形成薄膜層，經攝氏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。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
I)按照本發明所述方法，制備具有吸波性能的納米復合溶膠；2)將該納米復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進行烘烤，自然冷卻，制成可用于電磁爐的微晶玻璃炊具。實施例二 高功率LED燈普遍存在散熱困難問題，通過在LED燈的塑料支架上噴涂具有紅外輻射性能的納米薄膜，可以有效增加LED燈的散熱，包括以下步驟
1)按照本發明所述方法，制備具有紅外輻射性能的納米復合溶膠；
2)將該納米復合溶膠噴涂在LED燈具的塑料支架上；
3)加熱到攝氏100度至120度烘烤30分鐘至90分鐘，LED燈具的支架表面形成一層能夠以紅外輻射方式散熱的納米薄膜，有效增加LED燈的散熱。實施例三一種具有吸收雷達波性能的鈦合金材料，其制造過程包括以下步驟
1)按照本發明所屬方法，制備化學組成包括鐵酸鎳、四氧化三鐵和氧化錳的納米復合溶膠；
2)將該納米復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，不但能吸收雷達波，而且能對鈦合金起防腐保護作用。
權利要求
1.一種納米復合溶膠制備方法及其制成納米薄膜的方法，包括以下步驟1)按照材料設計技術設計好的化學計量比，以易溶于水的硝酸鹽或鹽酸鹽，配制例如 (但不僅限于)鐵酸鎳、四氧化三鐵等磁性材料的配方；2)加入適量的如蔗糖、葡萄糖或檸檬酸等有機物，充分攪拌均勻；在攝氏120度至150 度烘烤蒸發溶劑，再在攝氏300度至900度燒成磁性材料納米粉體；或者3)按照材料設計技術設計好的化學計量比，以易溶于水的硝酸鹽或鹽酸鹽，配制例如 (但不僅限于)硅鋁酸鎂等具有堇青石結構的紅外輻射材料的配方；4)加入適量的如蔗糖、葡萄糖或檸檬酸等有機物，充分攪拌均勻；在攝氏120度至150 度烘烤蒸發溶劑，再在攝氏800度至1300度燒成紅外輻射材料的納米粉體；5)將磁性材料納米粉體或紅外輻射材料納米粉體或兩種納米粉體的混合物，加入硅烷偶聯劑，加熱到攝氏100度至200度，高速混合攪拌；6)以金屬醇鹽或有機金屬化合物作為前體，在酸性有機溶劑中進行水解，制備納米溶膠；7)將經過硅烷偶聯劑活化處理的納米粉體加入納米溶膠中，充分混合均勻，制成納米復合溶膠；8)將納米復合溶膠涂覆到基材表面，經過自然干燥，形成凝膠；9)在攝氏100度至150度烘烤，在有機高分子材料表面形成納米薄膜；或者10)在攝氏500度至600度烘烤，在無機非金屬材料表面形成納米薄膜。
2.以上述制備納米復合溶膠方法及相應制造納米薄膜方法，制造具有吸波性能納米薄膜的方法。
3.以上述制備納米復合溶膠方法及相應制造納米薄膜方法，制造具有輻射性能納米薄膜的方法。
4.以上述制備納米復合溶膠方法及相應制造納米薄膜方法，制造具有吸波和輻射性能納米薄膜的方法。
全文摘要
本發明屬于材料科學領域，涉及納米技術、溶膠技術、納米薄膜制造技術及相關應用，本發明公開了一種制造具有磁性和紅外輻射性能納米溶膠薄膜的方法，應用材料設計技術，設計和制備特殊組成和結構的具有磁性的納米粉體和具有紅外輻射性能的納米粉體，將此功能納米粉體混合進入納米溶膠，制備復合納米溶膠，涂覆于基體材料表面，凝膠固化后形成納米溶膠薄膜，該方法可以適用于有機高分子材料表面、無機非金屬材料表面和金屬材料表面，賦予基材吸波性能和紅外輻射性能，可以廣泛應用于各種材料的表面改性。
文檔編號C09D7/12GK103044981SQ20121056551
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月23日 優先權日2012年12月23日
發明者郭子鈺, 朱玉涵, 其他發明人請求不公開姓名 申請人:上海迪道科技有限公司, 郭景康