一种具有吸波功能的纳米涂层的制造方法技术领域
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
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。
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
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0.1mol/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
1）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。
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：
1）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。