纳米涂层的应用及进展

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纳米涂层的应用及进展

点击：1629 日期：2018-09-20 选择字号：小中大

纳米涂层应用研究的现状
纳米材料和技术领域新产品的创新必须以市场为导向、需求为牵引，要十分重视纳米材料向各个领域的应用技术的创新，开拓纳米材料产品的市场，带动上游纳米粉体技术的创新，必须明确纳米粉体的应用目标，以市场为推动力，带动纳米技术的成熟。
2 纳米材料迅速投入应用的方向
如上所述，利用纳米材料的优异特性，对传统材料进行改性，是一条经济、实用的可行方法，有利于纳米材料的应用迅速扩大。由于纳米材料特性，制造产品的材料也发生了质的变化，制造不再只是去除，而且可以生长，因此纳米技术有望在表面纳米技术方面率先有较大规模的应用，表面纳米技术是将一些材料制备成纳米级的粉末固定在物体的表面，从而使材料获得新的功能，表面纳米技术主要包括表面纳米薄膜和涂层的制备与应用。

纳米材料涂层性能
纳米材料涂层是在表面涂层中添加纳米材料，获得纳米复合体系涂层，纳米涂层的实施对象既可以是传统材料基体，也可以是粉末颗粒或是纤维。它是近1～2年来纳米材料科学国际上研究的热点之一，主要的研究聚集在功能涂层上，包括传统材料表面的涂层、纤维涂层和颗粒涂层。纳米涂层性能体现以下几点:①添加纳米相，可提高涂层的硬度和耐磨性能，并保持较高的韧性：②提高材料的耐高温、抗氧化性：③提高基体的腐蚀防护能力，达到表面修饰、装饰目的：④可以达到减小摩擦系数的效果，形成自润滑材料：⑤纳米材料涂层具有广泛变化的光学性能、优异的电磁性能。

纳米涂层需求
纳米涂层可应用于许多方面，在油漆或涂料中加入纳米颗粒，可提高其防护能力：还可以在建材产品，如卫生洁具、室内空间、用具等中运用纳米材料涂层，产生杀菌、保洁效果：利用纳米粒子涂料形成的涂层具有良好的吸波能力，能用于隐身涂层如隐形飞机：纳米结构的多层膜系统产生巨磁阻效应，可望作为应用于存储系统中的读出磁头：在诸如玻璃等产品表面上涂纳米材料涂层，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热作用：在涂料中加入纳米材料，能够起到阻燃，隔热，起到防火作用，还有其它方面，市场需求大。
从表2中可以看到，纳米涂层的需求增长速度较快。

实现理想

纳米技术对制造业最大的影响是从宏观向微观制造发展，原有制造方法、工艺与手段将发生改变，纳米涂层的制造设备有待于研究、探索。
纳米材料涂层的组成与体系

根据纳米涂层的组成将其分为三类::①0-0复合，即不同成分、不同相或不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体，通常采用原位压块、相转变等方法实现，结构具有纳米非均匀性，也称为聚集型：②0-3复合，即纳米粒子分散在常规三维固体中。另外，介孔固体亦可作为复合母体通过物理或化学方法将纳米粒子填充在介孔中，形成介孔复合的纳米复合材料。③0-2复合，即把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中，它又可分为均匀弥散和非均匀弥散两类，称为纳米复合薄膜材料。0-0复合、0-3复合完全的纳米材料涂层离商业化尚有相当一段距离，0-2复合借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可以获得纳米复合体系涂层，可使传统涂层的功能得到飞跃提高，技术上无需增加太大的成本。这种纳米添加的复合体系涂层很快就可走向市场，展示出强劲的应用势头。

纳米涂层

实现方法

实现的方法射频磁控溅射法将纳米材料喷射到产品上，形成纳米薄膜，实现纳米涂层。
纳米涂层的形成机理
溅射过程中形成NiAl的机理可以通过在集体的表面形成短程有序簇来解释，短程有序的Ni-Al簇的形成可能是由于等离子体可提供足够的能量，以克服形成NiAl的激活能障，这些Ni-Al簇随后就会形成热稳定状态的NiAl层。
材料的选取
由于NiAl是一种规则的技术间化合物，具有密度小、抗氧花性强、导电导热性能好等优点，因此选择NiAl化合物。它的涂层产品可用于耐高温涂层、大电流电路保护器、电镀和半导体仪器的接触电极。
工艺参数及靶材的选取
溅射，先抽真空至1.31×105Pa，沉淀过程中，真空度保持在0.13～0.20Pa左右，放电气体为高纯度的Ar，射频功率控制在100～150W之间，沉淀速度约为20nm/min。基体可以是工业纯铝、纯镍、不锈钢板等(溅射区20mm×20mm)。用溅射方法制造合金薄膜，薄膜成分通常与靶材(阴极)相同，但亦可在放电中利用多个等电位阴极，以单独的物质成分直接合成，这样通过对阴极区域的合理安排，可以得到几乎任意成分的薄膜。靶材设计为一直径为50mm的中心为Ni、外圈为Al的复合靶材，通过不断调整Dni/Dal的直径比，以控制涂层(即化合物相)的成分。试制仪器采用X射线衍射仪(Cu-Ka辐射)。

这是实现纳米涂层的一种方法，但真正用于大规模生产，还有许多问题需要解决，我们尝试利用传统表面涂层技术，用来或者稍加改造，实现纳米材料复合涂层，使纳米技术从实验室走进生活。目前美国对纳米结构涂层采用热喷工艺，列为了最受重视的研究课题。

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