[发明专利]用于无机非金属材料表面改性的超薄纳米涂层的制造方法

摘要

本发明公开了一种以多种方法引入有机金属化合物、金属醇盐、无机盐及复盐、有机分子及其预聚体，制造纳米复合溶胶的方法，并公开了将纳米复合溶胶以雾化喷涂、喷墨打印等方式涂覆到无机非金属材料表面，形成纳米溶胶薄膜的特殊工艺方法，以这些技术制造的无机非金属材料表面纳米薄膜，可以在电磁性能、光学性能、力学和机械性能、耐腐蚀、耐脏污等化学性能方面具有特殊性质，并且可以在较复杂的三维无机非金属材料表面制造纳米薄膜，可以在无机非金属材料表面制造具有特殊三维结构的纳米薄膜。

主权项

1.一种喷涂于无机非金属材料表面的、对无机非金属材料表面进行改性的纳米复合溶胶制备方法及其成膜工艺，包括以下步骤：1）按照反应式水解通式为R_xM(OR)_z-x的有机金属化合物，形成溶胶，式中R为有机官能基，M选自硅、铝、钛、锆等或它们的混合物，R’为可水解的低分子量烷基，z为M的化合价，而x小于z，至少为1，y至少为1并小于z-x；或者按照反应式水解一种通式为M’(OR’’)_z’的金属醇盐，形成金属醇盐溶胶，式中M’为形成可水解醇盐的金属，R’’为低分子量烷基，z’为M’的化合价，y’至少为1和小于z’；2）运用但不仅限于溶解液方式或者螯合物方式，在纳米复合溶胶中引入具有特殊性能的氧化物、无机盐，氧化物或无机盐可以具有电学、磁性、光学、力学等各种特殊性能；3）应用材料设计方法，将无机盐按设计的化学计量比配料，以有机溶剂或热水溶解，然后蒸发溶剂，得到纳米混合物，在一定的温度下烧成，制备纳米复合盐，再与有机分子螯合，引入纳米复合溶胶，纳米复合盐可以具有各种特殊的物理或化学性能；4）以有机小分子或其预聚体作为前体，通过螯合或交联，引入纳米复合溶胶，使纳米复合溶胶易于与无机非金属材料表面牢固结合；5）通过添加有机氟类树脂，使纳米复合溶胶具有较低的表面张力，保持良好流平性，可应用（但不仅限于）高压喷雾和喷墨打印等方法，涂覆到具有复杂的三维结构的无机非金属材料表面；6）添加高酸度的无机盐溶解液，可以保持整个纳米复合溶胶体系处于高酸度条件下，抑制胶体颗粒的团聚；添加有机小分子单体可以作为阻隔剂，抑制溶胶颗粒的团聚或长大；以使得溶胶胶粒能够在恶劣环境中保持纳米尺度的粒径，并在较长时间内不发生团聚，从而使纳米溶胶薄膜保持透明致密；7）以浸润提拉、匀胶甩膜、压辊、喷淋等传统工艺，将纳米复合溶胶涂覆到无机非金属材料表面，赋予材料表面特殊的物理或化学性能，包括但不仅限于电学性能，磁学性能，力学与机械性能，光学性能，吸收、反射或发射能量的性能，吸收、发射或发射射线的性能，耐候性能，耐脏污耐腐蚀性能、耐高温耐热冲击性能等；或者8）以电脑自动控制，按照预先设计的三维图形，使用纳米复合溶胶，在无机非金属材料表面以喷墨打印的方式，喷涂纳米复合溶胶，形成多层次、三维立体的复合纳米薄膜，赋予无机非金属材料多种特殊的物理或化学性能；或者9）以高压气体将纳米复合溶胶完全雾化，以高速气流将雾化的纳米复合溶胶，按照预先设计图形，喷涂到无机非金属材料表面，赋予无机非金属材料特殊的物理或化学性能；8）经干燥和老化，涂覆于无机非金属材料表面的溶胶自然流平，其中的溶剂得以挥发，形成均匀、透明的凝胶薄膜；9）在100度到200度的低温烘烤形成无机-有机复合薄膜；或者在500度至1200度的温度烘烤，形成致密无机纳米薄膜；10）经自然冷却，形成具有多种功能的无机非金属材料表面的纳米薄膜。