[发明专利]一种基于高浓度氧气氛和光辐照条件的材料表面改性方法

说明书

一种基于高浓度氧气氛和光辐照条件的材料表面改性方法，属于材料表面改性技术领域。是将需要表面改性的材料置于一个具有石英窗口的陶瓷腔体中，空气气氛下50～80℃预热处理30～120min；抽真空后充入高浓度氧气或含有氧气的混合气至腔体内压强为1个标准大气压，在20～900℃及光辐照或无光辐照下处理20～240min，或者无需抽真空和充入氧气直接在20～900℃及光辐照下处理20～240min，实现材料的表面改性。辐照光为不限光强的、在波长上大于被改性材料带隙能量的光，被改性的材料为块体或粉体的金属或金属氧化物。本发明在不改变材料表面元素种类前提下快速有效完成材料表面改性，其改性方法具有占地小、成本低、操作简单、易推广的优良效果。

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种基于高浓度氧气氛和光辐照条件金属、金属氧化物的材料表面改性方法。

背景技术

材料表面改性是指不改变材料基体的特性，仅改变材料表面层与近表面层的物理化学特性的表面处理手段。

纳米粒子的表面改性即纳米粒子表面与表面改性剂发生作用，增强纳米粒子在介质中的界面相容性，使纳米粒子容易在有机化合物或水中分散。表面改性剂分子结构必须具有易与纳米粒子的表面产生作用的特征基团，这种特征基团可以通过表面改性剂的分子结构设计而获得。根据纳米粒子与改性剂表面发生作用的方式，改性的机理可分为包覆改性、偶联改性等。传统的表面改性方法有化学镀层和热喷涂等方法；现代表面改性方法更为多样，包含离子束技术、表面镀膜、化学气相沉积和物理气相沉积等方法，但普遍有需要昂贵的仪器、耗费大量时间、占据大量空间的特点。

然而这些改性方法本质上改变了材料表面的化学成分和性能，对于一些研究来说，更需要与材料本体成分相同且性能稳定的表面。传统的表面热处理、离子束技术、电子束技术和激光烧蚀技术可以达到所需的本体材料表面改性，但成本高、耗能高、耗时大。本发明提出了一种基于光照条件与高浓度氧气气氛下的材料改性方法，可以快速有效完成材料表面重整和修饰，具有成本低、操作简单等优点。尤其对纳米粉体材料，紫外光辐照可以为纳米材料表面的改性提供能量与环境，高浓度氧气可以游走在所有纳米材料表面发生为发生反应提供原料和气氛，可以改变材料表面状态，可以克服激光束、电子束和离子束辐照面单一的缺陷。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的问题，提供一种稳定性良好、低成本和有效的基于高浓度氧气氛和/或光照条件的材料表面改性方法。

本发明所述的一种基于高浓度氧气氛和/或光照条件的材料表面改性方法，其特征在于：将需要表面改性的材料置于一个具有石英窗口的陶瓷腔体中(在陶瓷腔体内设置有载物台，载物台通过电加热盘用以控制需要表面改性材料的热处理温度为20～900℃)，空气气氛下50～80℃预热处理30～120min；抽真空后充入高浓度氧气或含有氧气的混合气至腔体内压强为1个标准大气压，在20～900℃及光辐照或无光辐照下处理20～240min，实现材料的表面改性；或者预热处理后无需抽真空和充入高浓度氧气或含有氧气的混合气，直接在20～900℃及光辐照下处理20～240min，实现材料的表面改性。

上述材料改性方法中，利用光辐照和高浓度氧气这两个条件的一个或两个均可以实现材料的改性。

上述材料改性方法中，辐照光为不限光强的、在波长上大于被改性材料带隙能量的光，包含但不限于170nm～405nm紫外光。

上述材料改性方法中，高浓度氧气的浓度为高于通常空气环境中氧气体积浓度20.95％的任一浓度，可以通过调控高纯氧气分压的方式进行高纯氧浓度控制。

上述材料改性方法中，含氧气的混合气为高纯氧气和任一种或多种气体的混合气，任一种或多种气体包括但不限于氮气、氩气、氦气、甲烷、一氧化碳等气体的一种或多种；混合气中氧气体积浓度大于20.95％，水蒸气的体积浓度低于1％，其余的任一种或多种气体的浓度没有要求。