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氧化铝涂层有多能干?
日期:2022-04-01    浏览次数:
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陶瓷氧化物中,氧化铝(lv)绝对是用量最大、用途最广的(de)(de)品(pin)种之一(yi),你似乎在哪里(li)都(dou)可以看到它的(de)(de)身(shen)影。能做到这一(yi)点(dian),氧化铝(lv)本(ben)身(shen)优(you)良的(de)(de)性能以及相对低廉的(de)(de)制造(zao)成本(ben)都(dou)是主要的(de)(de)功臣。

氧化铝

比如(ru)说陶(tao)瓷(ci)涂层就(jiu)是(shi)氧化铝(lv)(lv)的(de)一个重要的(de)应用(yong)场景,由(you)于它具有良好的(de)机械性(xing)能、热(re)性(xing)能、高透(tou)光(guang)率、抗(kang)腐(fu)蚀、结构多(duo)样性(xing)等,因此(ci)以氧化铝(lv)(lv)为原(yuan)料制成的(de)涂层在(zai)不同的(de)场景中往往能发挥(hui)出不同的(de)优势,时而以耐磨见长(zhang),时而以热(re)稳定闻名,到底它有多(duo)少本事呢(ni)?

一(yi)、耐磨耐腐(fu)蚀

由于氧化铝中的主要晶型α-Al2O3是一种高(gao)硬度的无机物(莫(mo)氏硬度高(gao)达9),因此“耐磨”也是氧化铝的一个标杆性的特点了。它(ta)在(zai)耐磨涂(tu)层(ceng)的应用(yong)(yong)形式(shi)(shi)(shi)主要分为两种,一是(shi)利用(yong)(yong)热喷涂(tu)直接喷覆氧化铝(lv)涂(tu)层(ceng);二则采用(yong)(yong)湿式(shi)(shi)(shi)方式(shi)(shi)(shi)涂(tu)覆在(zai)待(dai)涂(tu)物表面(mian)。

热喷涂涂层

热喷涂(tu)技(ji)术是(shi)指利用热源(yuan)将(jiang)氧(yang)(yang)化铝(lv)粉(fen)体(ti)加(jia)热到熔融(rong)或半熔融(rong)状(zhuang)(zhuang)态,然后借助焰流(liu)本身(shen)的(de)动力或外加(jia)的(de)高速(su)气流(liu)将(jiang)其(qi)雾化,并以一(yi)定的(de)速(su)度喷射沉(chen)积到经过预处理的(de)基体(ti)材料表(biao)面。此(ci)处使用的(de)氧(yang)(yang)化铝(lv)粉(fen)体(ti)的(de)粒(li)径与形状(zhuang)(zhuang)需要被(bei)控制,纳(na)米(mi)尺(chi)寸的(de)粉(fen)体(ti)需将(jiang)被(bei)处理为具(ju)有纳(na)米(mi)结构特(te)征的(de)球(qiu)状(zhuang)(zhuang)微(wei)米(mi)尺(chi)寸粒(li)子(zi)(改善粒(li)子(zi)的(de)流(liu)动性)才可使用。

热喷涂涂层

不过单一的氧(yang)化铝涂层(ceng)喷涂层(ceng)可(ke)能组织较疏松,结合力差(cha),所(suo)以可(ke)在Al2O3粉木中添加一定量(liang)的(de)TiO2粉末去改(gai)善涂层的(de)综(zong)合性能。

湿式(shi)涂层

氧(yang)化(hua)铝(lv)粉(fen)体(ti)也可以(yi)被添(tian)加于各(ge)种水(shui)性油性涂(tu)料油漆中提高产品(pin)的(de)综(zong)合性能,比如(ru)说我们生活(huo)中最(zui)常见的(de)木地(di)板(如(ru)下图),它(ta)的(de)表(biao)面可能就涂(tu)有一层氧(yang)化(hua)铝(lv)涂(tu)层。

湿式涂层

由于耐磨层不能遮盖(gai)下(xia)方装饰(shi)层的(de)花纹和色彩,因此为了能最(zui)大限度保证耐磨层或耐磨纸的(de)耐磨效果以及色泽和透(tou)明性,采用的(de)氧化铝粉体(ti)最(zui)好是纳(na)米氧化铝,而(er)且粒度分(fen)布还要足够(gou)集中(zhong)。

不过纳米粉体的(de)(de)通病大家(jia)都(dou)懂的(de)(de),非常(chang)容易(yi)聚集和沉降,因此纳米氧化铝粉体使(shi)用前必须先(xian)经(jing)处理。目前为了保(bao)证超细组分的(de)(de)分散(san)效(xiao)果,主(zhu)(zhu)要有这(zhei)两种方式:一是增(zeng)大体系能量(主(zhu)(zhu)要体现在(zai)新增(zeng)加的(de)(de)表面(mian)能),如采用高速搅拌机和超声波(bo)分散(san)仪等;二是降低界(jie)面(mian)的(de)(de)表面(mian)能,即(ji)加入表面(mian)活性剂(ji)来达到解聚目的(de)(de)。

二、提高热稳定(ding)性

这里要介绍的也是氧化铝粉体(ti)一种非常(chang)重要的应用,那就(jiu)是锂电池隔膜(mo)涂(tu)层。隔膜(mo)作为(wei)锂离(li)子(zi)电(dian)池的(de)(de)(de)重要部件之(zhi)一(yi),可以避免(mian)正(zheng)负极接(jie)触并促进锂离(li)子(zi)在电(dian)极之(zhi)间穿(chuan)梭,决定(ding)电(dian)池的(de)(de)(de)性(xing)能和安(an)全(quan)性(xing)。而传(chuan)统的(de)(de)(de)聚烯烃(ting)隔膜(mo)的(de)(de)(de)熔点低,在高(gao)温下的(de)(de)(de)稳定(ding)性(xing)较差,严(yan)重影响电(dian)池的(de)(de)(de)安(an)全(quan)性(xing),目前无机超(chao)细粉体(ti)涂层或复合(he)改性(xing)聚合(he)物就是(shi)提高(gao)隔膜(mo)热稳定(ding)性(xing)的(de)(de)(de)有(you)效方法之(zhi)一(yi)。

为了提高锂(li)电池隔膜的高温性能,可在(zai)(zai)聚合物(wu)黏结剂的协助下(xia)将(jiang)氧化铝颗粒涂(tu)覆(fu)到聚烯烃(ting)隔膜表面。氧化铝在(zai)(zai)其中(zhong)主要发挥着(zhe)耐高温优势,即使是180℃的高温也可以(yi)保持(chi)隔膜完整形态(tai)。除此之外还有中和(he)电(dian)解液中游离的HF,提升电池的耐酸性和安全性能等;在(zai)锂电池中(zhong)可(ke)形成固溶体,提高倍率性和循环性能(neng)、具有良好(hao)的润湿(shi)性,有一定的吸液及保液能(neng)力(li)等。

陶瓷涂覆隔膜

沧(cang)州明珠(zhu)生产(chan)的陶瓷(ci)涂覆隔膜在高(gao)温180℃时仍能保持良好形态(tai)

应用上,氧化铝(lv)涂覆(fu)的(de)锂电池隔膜受到众多行业领军企业的(de)青睐,像三洋(yang)(Sanyo)、LG、日立(Maxell)等都采用了氧化铝涂覆的隔膜,以提高电池安全性能。

三(san)、超(chao)疏水

出人意料(liao)的(de)是(shi),氧化(hua)铝涂层居(ju)然也能做出超(chao)疏水(shui)的(de)效果。要(yao)(yao)知道,超(chao)疏水(shui)材料(liao)在防水(shui)防雾(wu)、防结(jie)冰、水(shui)中减阻等领域具有(you)广泛的(de)应用,不过超(chao)疏水(shui)的(de)实(shi)现大(da)多需要(yao)(yao)含F,Si的有机低表面能物质修饰,如(ru)此(ci)一来涂层的机械、高(gao)温稳(wen)定性(xing)以及耐久(jiu)性(xing)都受到(dao)极大挑战。

不过(guo)在(zai)2020年时,北京大学新材料学院吴忠振团队借(jie)鉴电(dian)化学原理,通过计算机仿(fang)真(zhen)设(she)计电(dian)场强度在涂层中(zhong)的分(fen)布,并通过改变(bian)PEO电解液特性,利用PEO涂层中天然产生的孔洞结构来实现定向刻蚀,成功实现了上(shang)宽下窄的(de)荷叶状微纳结构的(de)纯无机(ji)超疏水氧化铝涂层的批量简(jian)单(dan)制备,具(ju)有较大的工(gong)业应用优势。

类T型结构无机超疏水氧化铝涂层的浸润性和稳定性

类T型结构无机超(chao)疏水氧(yang)化铝涂层的浸(jin)润性和稳定性

在(zai)对(dui)氧(yang)化铝(lv)涂(tu)层(ceng)的表面测试发现,获得的无机氧(yang)化铝(lv)涂(tu)层(ceng)在(zai)不(bu)经任何有机修饰即(ji)可实现150±3°的水滴接触角和8±2°的水滴滚动角,表现出有优异的超疏水性能。而且,该结构无机超疏水涂层具有无机陶瓷材料独特的耐候性、耐火性以及耐腐蚀性能,在360天日光下暴晒、火焰燃烧以及中性盐雾腐蚀环境中,均能保持明显的超疏水特性。

四、其他功(gong)能

由于片(pian)状氧化铝无团聚(ju)现(xian)象,且具有(you)良好的附(fu)着力,所(suo)以(yi)很容易与(yu)其他功能(neng)微粉相结合,因此也(ye)可以(yi)制备成各种前景诱人的新型功能(neng)涂膜。

如用于毛细管的(de)氧化(hua)铝涂(tu)层可(ke)以(yi)显著提高其逆(ni)转电渗流性能(neng)和目(mu)标分析的(de)选择性及(ji)稳(wen)定性能(neng);用于隐形飞机的(de)功(gong)能(neng)涂(tu)膜可(ke)以(yi)吸收电波以(yi)防止被雷(lei)达搜寻到(dao);此外(wai),氧化(hua)铝涂(tu)膜还有(you)阻隔(ge)紫外(wai)线,进行光(guang)催化(hua)等功(gong)能(neng),因此在太阳能(neng)电板上也(ye)有(you)着不错的(de)应用前景。


总结

每次写关于氧化(hua)铝的帖子,都不(bu)由感慨氧化(hua)铝确实是(shi)多(duo)才(cai)多(duo)艺(yi),仅(jin)仅(jin)涂层(ceng)就可以玩(wan)出这么多(duo)花样。不(bu)过小编学(xue)识浅薄(bo),一定还有没看(kan)到的地方,如果(guo)大家如果(guo)还有其他想分(fen)享的,也可以在下方留言(yan)噢!

 

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