基于材料設計的納米溶膠薄膜力學性能控制方法技術

本發明專利技術專利公開的納米溶膠薄膜力學性能控制方法，涉及材料設計、材料表面改性、溶膠凝膠技術等材料科學的技術領域。應用材料設計技術，篩選重要影響因子，構建數學模型，對溶膠薄膜力學性能，包括薄膜的硬度、薄膜的耐摩擦強度、薄膜的抗沖擊強度、抗折強度和薄膜與基體材料的附著力等進行有效控制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術專利公開的納米溶膠薄膜力學性能控制方法，涉及材料設計、材料表面改性、溶膠凝膠技術等材料科學的

技術介紹
應用溶膠薄膜方法對材料表面進行改性，是材料科學領域受到廣泛重視的一個方向，相關基礎研究已經有大量的工作，但是對于溶膠薄膜實際應用，還有許多關鍵性難題有待解決；溶膠薄膜的力學性能控制是溶膠薄膜材料表面改性的一個關鍵技術，其關乎該項技術實際應用效果，涉及到基體材料的性能、溶膠的組成與結構、溶膠薄膜與基體材料的結合以及凝膠固化過程中發生的物理化學反應。溶膠凝膠:溶膠是指通過水解和聚合作用，形成的有機或無機的納米或微米級的粒子，這些粒子通常帶有電荷，并由于電荷作用，吸附一層溶劑分子，形成由溶劑包覆的納米或微米粒子，即膠體粒子，這些膠體粒子由于帶有電荷而相互排斥，從而能以懸浮狀態存在于溶劑中，即形成溶膠；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。溶膠薄膜是由溶膠組成中的各種有機或無機分子經過化學鍵結合，成為網狀或者層狀結構的交聯體，溶膠中溶劑揮發，溶膠經過凝膠固化，形成固體薄膜，附著在基體材料表面。溶膠薄膜力學性能通常包括薄膜的硬度、薄膜的耐摩擦強度、薄膜的抗沖擊強度、抗折強度和薄膜與基體材料的附著力；為同時滿足溶膠薄膜的力學性能指標，獲得具有良好力學性能的溶膠薄膜，需要應用材料設計技術，對溶膠的組成和結構等進行優化設計
技術實現思路
應用材料設計技術，篩選影響溶膠薄膜硬度的關鍵因素并建立數學模型，發現溶膠薄膜的硬度由溶膠單體結構、膠體粒子硬度、溶膠交聯鍵合的種類和交聯度決定的，本專利技術專利公開的溶膠薄膜硬度控制方法包括: 1)設計和選擇帶有復雜支鏈且玻璃化溫度較高的單體； 2)應用材料設計技術構建性能與組成、結構模型，健能較高的單體種類，例如但不僅限于C-N鍵； 3)設計和控制單體交聯鍵合類型，平衡交聯鍵合類型和交聯度之關系； 4)在交聯單體中設計和選擇硬度較高的元素，例如但不僅限于鋯、鈦、鋁等。應用材料設計技術，篩選影響溶膠薄膜的耐摩擦性能的關鍵因素并建立數學模型，發現溶膠薄膜的耐摩擦性能由溶膠成膜單體種類和溶膠薄膜與基體材料的結合性能決定的，本專利技術專利公開的溶膠薄膜耐摩擦性能控制方法包括: 1)應用材料設計技術構建性能與組成、結構模型，設計和選擇具有高硬度的溶膠成膜單體，例如但不僅限于硅氧、鈦氧等元素螯合體；2)設計和選擇與基體材料能夠發生鍵合的單體，例如但不僅限于含S1-O-C、S1-O-N健的單體。應用材料設計技術，篩選影響溶膠薄膜抗沖擊強度的關鍵因素并建立數學模型，發現溶膠薄膜的抗沖擊強度由溶膠膠體粒子的大小和形狀、溶膠薄膜的顯微結構和溶膠薄膜鍵合種類決定的，本專利技術專利公開的溶膠薄膜抗沖擊強度控制方法包括: O設計和選擇具有較高鍵能的溶膠單體鍵合類型，例如但不僅限于含C-N健； 2)設計和控制粒徑較小且分布均勻的納米膠體粒子； 3)設計和生成片狀結構的納米膠體粒子； 4)設計和生成網狀或層狀結構中均勻分布具有孤島粒子的顯微結構的溶膠薄膜。應用材料設計 技術，篩選影響溶膠薄膜抗折強度的關鍵因素并建立數學模型，發現溶膠薄膜的抗折強度由溶膠單體結構、溶膠單體鍵合種類、溶膠薄膜厚度決定，本專利技術專利公開的溶膠薄膜抗折強度控制方法包括: O設計和選擇具有較長支鏈結構的單體； 2)設計和選擇具有較高鍵能的溶膠單體鍵合類型，例如但不僅限于含C-N健； 3)設計和涂覆較大厚度的溶膠薄膜。應用材料設計技術，篩選影響溶膠薄膜與基體材料附著力的關鍵因素并建立數學模型，發現溶膠薄膜與基體材料的附著力由基體材料表面結構和溶膠單體所含支鏈或基團決定，本專利技術專利公開的溶膠薄膜與基體材料附著力控制方法包括: 1)對基體材料表面進行活化處理，產生有效的鍵合基團，例如但不僅限于羥基、羧基； 2)設計和選擇能夠與基體材料表面基團發生鍵合的單體，例如但不僅限于含氨基。實施例一，一種提高聚碳酸酯樹脂制品表面硬度和耐摩擦性能的納米溶膠薄膜，控制其表面硬度、耐摩擦性能和表面附著力的方法包括: 1)設計和選擇具有雙鍵的甲基丙烯酸樹脂作為單體，交聯形成C-C鍵合； 2)設計和選擇玻璃化溫度較高的、具有復雜支鏈結構的單體，一個優選方案是甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸環己酯或甲基丙烯酸異冰片酯； 3)設計和選擇含有較高硬度的元素作為單體，一個優選方案是鈦酸丁酯、硅酸乙酯的水解物或氯化鋁、氧氯化鋯的溶解液； 4)設計和選擇具有C-N健的化合物作為單體，一個優選方案是甲基丙烯酰胺及其衍生物； 5)設計和選擇預處理液活化聚碳酸酯基體材料表面，一個優選方案是1%的硝酸乙醇稀釋液。實施例二，一種用于木材表面改性的、較高抗沖擊強度和抗折強度的納米溶膠薄膜，控制溶膠薄膜抗沖擊強度和抗折強度的方法包括: 1)設計和選擇能形成C-N鍵合的單體，優選的方案是甲基丙烯酸酯類樹脂及其衍生物、氨基樹脂及其衍生物、甲基丙烯酸酯和氨基樹脂混合物； 2)設計和選擇具有較長支鏈的單體，優選的方案是甲基丙烯酸丁酯； 3)設計和選擇適當的摻雜體，優選方案是乙醇溶解的氯化鋁、氧氯化鋯與檸檬酸形成的螯合物，作為摻雜物加入溶膠； 4)低溫、低濃度下制備溶膠，使膠粒生長成為均勻、細小的納米粒子。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
應用材料設計技術，篩選重要影響因子，構建數學模型，在此基礎上對溶膠薄膜力學性能，包括薄膜的硬度、薄膜的耐摩擦強度、薄膜的抗沖擊強度、抗折強度和薄膜與基體材料的附著力等進行有效控制的方法。

【技術特征摘要】
1.應用材料設計技術，篩選重要影響因子，構建數學模型，在此基礎上對溶膠薄膜力學性能，包括薄膜的硬度、薄膜的耐摩擦強度、薄膜的抗沖擊強度、抗折強度和薄膜與基體材料的附著力等進行有效控制的方法。2.基于前述方法，設計和選擇溶膠單體結構、膠體粒子硬度、溶膠交聯鍵合的種類和交聯度，對溶膠薄膜硬度進行控制的方法。3.基于前述方法，設計和選擇溶膠成膜單體種類、溶膠薄膜與基體材料的結合方式，對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭子鈺，朱玉涵，其他發明人請求不公開姓名，
申請(專利權)人：上海迪道科技有限公司，郭景康，
類型：發明
國別省市：