纳米复合涂料:制备、表征、性质和应用

文摘

nanofillers整合成有机涂料可能会增强他们的屏障性能,减少了孔隙度和混乱的有害物种的扩散路径。因此,涂料包含nanofillers预计将有重大障碍属性腐蚀保护和减少的趋势涂层起泡或分层。另一方面,可以获得高硬度金属涂料生产的硬金属基体中的纳米晶体阶段。本文回顾近年来纳米复合涂料的发展,提供一个概览的纳米复合涂料在各方面处理分类、制备方法、纳米复合涂层性能,表征方法。它涵盖领域的潜在的应用如防腐、耐磨的,超疏水区域,自洁,防污/抗菌领域和电子产品。最后,结论和未来趋势也将报道。

1。介绍

1.1。定义

纳米复合涂料是一种材料组成的至少两个非混相阶段,彼此分开的界面区域。纳米尺度的材料必须包含至少一个维度的主要组件叫做矩阵填料的分散(1]。

1.2。分类

纳米复合涂料的分类是基于各种方法处理(i)类型的纳米填料或(ii)类型的矩阵填充纳米结构的分散。

1.2.1。类型的纳米填料

主要有3组纳米复合材料涂层如下(1]:(我)0 d纳米复合涂料:填料纳米粒子在纳米尺度(三维)。(2)一维纳米复合材料涂层:填充碳纳米管或胡须在纳米尺度(二维)。(3)二维纳米复合涂料:填料nanolayers(1尺寸在纳米尺度)。

1.2.2。类型的矩阵

两个类型的矩阵有机和无机矩阵可以找到。因此,纳米复合涂料的主要有4组,如下所示(矩阵/ nanofiller):(我)有机/无机纳米复合材料涂层(O /我纳米复合涂料)(2)有机/有机纳米复合材料涂层(O / O纳米复合涂料)(3)无机/有机纳米复合材料涂层(I / O纳米复合涂料)(iv)无机/无机纳米复合材料涂层(我/我纳米复合涂料)。

1.3。材料

1.3.1。材料矩阵

有机矩阵,称为聚合物基纳米复合材料,最常用的制备聚合物纳米复合材料涂层可以列出如下:环氧树脂(2- - - - - -7)、聚氨酯(8,9),壳聚糖(10,11)、聚乙二醇(PEG) [12- - - - - -15),聚偏二氟乙烯(PVDF) [16聚苯胺(),17- - - - - -19],PPy [20.- - - - - -23),聚苯乙烯(24),polyamic酸和聚酰亚胺(25),橡胶改性polybenzoxazine (PBZ) [26),聚合物含有活性trimethoxysilyl (TMOS) [27],支链淀粉[28),fluoroacrylic聚合物(29日,30.),聚氟乙烯(ETFE) [31日),聚丙烯酸酯(3),聚(N-vinyl咔唑)[32),聚碳酸酯(33),氟化聚硅氧烷(34)、聚酯(35),聚丙烯酸(36),聚乙烯醇(PVA) [37),聚二甲硅氧烷(38),聚酰胺(39,光固化聚合物(40]。

金属矩阵或合金等无机矩阵,矩阵,这些纳米复合材料涂层可以准备的各种方法,包括化学气相沉积(CVD)(见图3)、粉末冶金、物理气相沉积(PVD) [41- - - - - -45),热等离子体喷涂(46- - - - - -48],溶胶-凝胶法[49- - - - - -52)(见图1),外延生长(53),冷喷雾(54- - - - - -61年)(见图2),电沉积(62年- - - - - -67年]。金属基复合材料涂层,分散的第二阶段(68年,69年)吸引了广泛关注由于独特的属性,如氧化和耐腐蚀69年,70年),耐磨性71年,72年),和磁性72年]。

1.3.2。材料Nanofillers

无机nanofillers,纳米粒子的类型碳化物(58),亚硝酸盐(59- - - - - -61年,73年- - - - - -77年],硼化[55],氧化物[4,5,62年,65年),金属颗粒(17,78年],粘土[4,5,35,问54),而应用研究[56,79年]。有机纳米粒子(有机nanofiller),最常用的纳米颗粒是聚四氟乙烯(80年- - - - - -82年],PEO [83年聚苯胺(),31日),或nanocellulose和纤维素纳米晶体18,40]。

2。制备方法

2.1。溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法适用于获得高质量的电影到微米的厚度和是一个互补的物理沉积技术。然而,有限制的溶胶-凝胶法应用于涂层金属减去。这种方法展示几个缺点涉及crackability和厚度的限制。有时也热治疗可能是至关重要的。拉伸应力发展过程中干燥和可能导致裂纹的形成,如果电影比临界值厚。

在无机矩阵的情况下,可以添加第二阶段为无机nanofillers溶胶-凝胶法,如我/我涂料(49- - - - - -52]。在有机基体的情况下,一个众所周知的方法来生成无机纳米有机基体中是利用溶胶-凝胶化学(18]。无机溶胶-凝胶前体,如硅、钛、铝、锆金属醇盐用于纳米复合涂料的配方。广泛的低聚物以及低分子量有机化合物通常是作为有机相前驱。在控制条件下,硅烷和有机分子可以形成包含二氧化硅纳米颗粒或纳米涂料。在偶联剂的存在,有机和无机阶段可以共价连接。二氧化硅纳米纤维形成一个系统包含张志贤,methacryloxypropyl-trimethoxysilane (MAPTMS),聚氨酯丙烯酸酯树脂,丙烯酸酯苯膦氧化物低聚物(瓦)据报道[40]。

所示的纳米纤维是提高有机基体的力学性能。通过溶胶-凝胶过程,Facio和Mosquera [38]还成功伪造包含(i)的纳米复合涂料的单体和低聚物的混合物ethoxysilanes,端羟基聚二甲基硅氧烷(ii),(3)胶体二氧化硅粒子,和表面活性剂(辛胺)(iv)。此外,溶胶-凝胶法结合电沉积方法可以用于无机nanofillers到有机整合矩阵(78年)或无机矩阵(84年]。

2.2。冷喷涂方法

与传统热喷涂(气火焰、等离子体和爆炸喷涂),冷喷涂允许制造涂料的喷涂材料的温度低于熔点。冷喷涂技术是在低温下进行,因此这种方法可以避免恶化现象的材料,如氧化和分解以及相变过程中。获得的涂层孔隙率较低(< 1%)和低氧浓度。此外,涂层强度高(> 280 MPa)和强大的附着力(> 70 MPa)。

这个方法是用来生产纳米复合涂料,金属基体,如铜(54,55],艾尔[56,57)有限公司(58),或合金矩阵(59- - - - - -61年),及其nanofillers亚硝酸盐、碳化硼化,钻石,问,或其他54- - - - - -61年]。制造的纳米复合材料粉末冷喷雾法、机械合金化(MA)应使用金属基体粉末和其他纳米粒子。

2.3。化学汽相淀积法

这种方法通常用于制造的我/纳米复合涂料,包括无机矩阵和无机nanofillers [87年- - - - - -89年]。为了提高涂料的质量,aerosol-assisted CVD方法可以使用[90年]。

另一方面,O /我纳米复合涂料也成功地捏造用CVD法与铂(II) hexafluoroacetylacetonate前体(91年]。这个过程允许生产的纳米复合材料在有机基质层单个步骤显示离子和电子导率。该方法的明显优势高质量电影和其相关设施对于任何类型的复杂的减去与良好的再现性。

2.4。PVD方法

这种方法通常用于生产的我/纳米复合材料涂层41- - - - - -45,92年- - - - - -97年),包括无机矩阵和无机纳米粒子。对于这些涂料、PVD方法包括以下:激光消融(98年),热蒸发99年],离子束沉积[One hundred.),离子注入101年,102年),激光辅助淀积(103年),和原子束cosputtering技术。Schild在O /纳米复合涂料,(104年)已成功制作纳米复合材料与有机基体涂层,利用aerosol-assisted等离子沉积。

2.5。热喷涂方法

这种方法经常被用来制作纳米复合材料涂层与金属或合金的矩阵。喷涂材料是纳米尺度的合金粉末(由球磨(48])和分散悬浮溶液使用悬浮液(热喷47)和悬浮等离子喷涂过程(46])进行等离子热喷涂。

2.6。原位聚合方法

这种方法被用来制造有机基质的纳米复合涂料,是导电聚合物(17,18)或其他单体与发起者。nanofillers是金属或金属氧化物(见图7)。聚合发生利用电力(电镀)19)、氧化剂(17,18,105年),或光子(photopolymerized) [40,106年,107年]。类似的方法是乳液聚合(108年,109年]或乳胶乳剂(110年为有机矩阵(见图)4)。

2.7。化学沉积

这种方法通常是申请生产的纳米复合涂料Niken矩阵和nanofillers硬质合金,亚硝酸盐,硼化或聚四氟乙烯(49,81年,82年,111年- - - - - -117年]。为了提高硬度、防腐和耐磨的涂层、热治疗后应该应用在500 - 700°C。

2.8。电沉积方法

该方法可用于纳米复合涂料的制造,含有有机nanofillers (PEO、聚四氟乙烯等80年,83年,118年])或无机矩阵[119年- - - - - -123年)或有机矩阵(19,22,32,78年,124年]。

在有机矩阵的情况下,电化学共沉积的纳米复合材料已被许多研究人员报道(123年- - - - - -141年]。Zhitomirsky已经回顾了各种纳米有机-无机涂料使用电泳沉积(140年]。作者总结了各种有机矩阵,如聚合电解质,聚(乙烯亚胺),与金属离子电化学codeposited以及陶瓷纳米颗粒。电化学共沉积的碳纳米管/导电聚合物也被报道(126年- - - - - -129年,131年,134年]。其他的研究涉及的电化学共沉积氧化物和金属纳米粒子,如镍(矩阵)和艾尔₂O₃(如nanofiller) (130年,136年]。壳聚糖也报道占主导地位的有机基质,用于电沉积纳米复合涂料的125年,132年,133年]。

在无机矩阵的情况下,纳米复合材料的电沉积涂料可以执行使用直流电(DC),脉冲电流(PC)和脉冲反向电流(中华人民共和国)方法(144年]。在这三个方法中,PC方法提供了更多的控制涂层的结构和性能;从而获得涂料最好tribologic和腐蚀性能比由直流法(145年]。另一方面,与其他方法相比,电沉积技术是容易得多的生产流程和更低的成本62年]。这种方法的主要优点是与粒子的均匀分布,连续处理的能力,减少废料63年]。传统涂层相比,纳米复合涂层表现出更高的硬度和耐热性由于晶界纳米颗粒的存在,可以防止混乱运动和再结晶在高温(64年]。作为一个坚硬的金属,镍被广泛用作电镀金属基体,在氮化硼等结合nanofillers [66年,67年)和艾尔₂O₃纳米粒子(62年,65年]。一些作者报道,改变占空比和频率脉冲电沉积过程中也可以产生纳米复合涂料(146年]。

2.9。溶液分散

这种方法主要应用于制备聚合物纳米复合材料涂料(4,5,7,28),钢筋与nanofillers如金属氧化物,纳米黏土,碳纳米管(CNT)。在这种方法中,除了使用传统的磁/机械搅拌方法,该ultrasound-assisted(声波降解法)搅拌4,5,28)是用于nanofillers更好地分散到聚合物矩阵。

2.10。喷涂和旋转涂布方法

这些方法被广泛用于制备聚合物纳米复合材料涂层。在喷涂的情况下,通过使用喷雾器,纳米复合涂料最好的属性(8,29日]。雾化器的也可用于热喷涂方法,例如,雾化喷涂等离子体沉积(147年]。自旋的涂料(16,148年),它提供了统一的薄膜平面基板。基质是高速旋转为了传播离心力的涂层材料。此法适用于薄膜的制备纳米复合涂料。

2.11。浸渍涂敷

这种技术广泛应用于工业;浸渍涂敷技术由衬底在浸泡在溶液中纳米复合材料和停在恒定的速度控制。然后基质纳米复合材料覆盖着从解决方案中移除。由于实施拔出率,在衬底表面的纳米复合材料也控制。

有两个衬底的退出率,已直接影响薄膜的厚度。在拔出率低,有毛细管政权溶剂的蒸发率大于板的收缩。这意味着萎缩速度越短,厚。在拔出率高,趋势逆转。在这个所谓的排水体制,结合解决基质的粘附和部队的重力排水的解决方案(图6)。这导致增厚的电影随着收缩率的增加。

这种技术的优点是制备的平面,因此适用于所有形式的涂层基质。可以重用的解决方案,直到蒸发或损耗的溶质也使得这项技术尤其方便,尤其是对工业应用。

2.12。其他制备方法

还有一些其他的方法的精化纳米复合涂料,但他们不太流行的如以下:自组装(O /我涂料(46]);逐层组装(O / O涂料(157年]);局部激光加热、固态位移反应,球影响沉积(因为我/我涂料(158年- - - - - -160年),职责。);和原子层沉积(I / O涂料(161年- - - - - -163年])。

3所示。特征和属性

3.1。Nanofillers对涂层的微观结构和形貌的影响

有机的矩阵,的拨款色散nanofillers获得最终所需的性能是至关重要的。纳米粒子的小尺寸展览一些优势,因为它使渗透到超微孔,压痕,毛细管地区聚合物矩阵。例如,将纳米粒子在环氧树脂表现出增强涂层的完整性和耐久性的填充相结合和裂纹涂料(164年- - - - - -167年]。纳米粒子还可以防止聚合物在固化的崩溃,导致均匀涂层。在最近的一项研究,认识到纳米粒子比表面积更高不仅表现出增加的分布nanofillers环氧矩阵也增强epoxy-curing过程(4,5]。对聚酯涂料、Golgoon et al。35)报道,嵌入纳米黏土创建了一个密集的涂料和均匀,减少毛孔相比,纯聚酯涂层。nanofiller罐的存在也会扰乱聚合物的结晶。在许多情况下,nanofillers提高结晶度程度和减少semicrystallinity聚合物球晶文件。

在无机矩阵的情况下,纳米复合材料结构的形成与种族隔离的一个阶段,第二阶段的晶界,这效果负责阻止晶粒生长的79年]。李等人。118年)报道,纳米粒子的存在(锐钛矿和金红石nano-TiO₂)减少镍的粒度矩阵。传统材料、单晶颗粒大小从100纳米到数百毫米不等。在这种情况下,原子在谷物的数量远远大于在边界地区。纳米晶体材料的晶粒尺寸是大约10 nm或更少(79年]。通过添加纳米晶体阶段到金属基体,晶界可能增加的体积分数。米特et al。153年)金属基体内形成氮化硅纳米晶体阶段,如锡镍(73年),ZrN在倪74年),ZrN铜(75年,76年),CrN铜(77年]。在这些涂料、金属可能被转化为氮化硅纳米晶体阶段和其他可能运入电影未反应的增长。另一方面,热治疗后不仅有很强的影响晶粒尺寸(50,59),结晶154年),和形态168年)也是位错密度和纳米粒子之间的相互作用和矩阵46)或微观结构的粘结相(47]。

3.2。Nanofillers对涂料的力学性能的影响

3.2.1之上。拉伸和冲击性能

有机基质,加入到环氧树脂涂层的纳米粒子的冲击强度显著增强的环氧树脂涂层(4,5]。TiO的环氧树脂涂层改性₂纳米颗粒显示出最好的冲击强度增强的环氧树脂涂料。独特的改进的刚度可以归结为以下两种机制:(i)薄膜涂层中的纳米粒子占据针孔和空洞和钢筋相互关联矩阵,导致总自由体积的减少和固化环氧树脂的交联密度的增强。因此,治愈纳米复合材料涂层减少了链段运动和提高刚度。(2)纳米粒子可以阻止环氧崩溃。通过使用nanoindentation方法这些环氧树脂纳米复合材料32),发现与纳米粒子改性并不总是提高环氧树脂涂料的刚度。nano-SiO的存在₂在环氧树脂涂料杨氏模量增加到20倍,而纳米黏土和nano-Fe₂O₃修改样品显示~ 30% ~ 25%减少,相对于未改性环氧涂料,分别。意识到,基于纳米复合涂料的杨氏模量,它的刚度很大程度取决于涂层表面的完整性和内部性质,纳米粒子之间的机械应力下微孔或聚合物基质和纳米粒子可能成为裂纹的起源。Ragosta et al。169年)报道,nano-SiO的加法₂10 wt。%将显著增强断裂韧性和临界裂纹长度的增加出现裂纹扩展。无机的矩阵,nanograins在无定形基质的存在提高了抵御高速微粒子的影响(2]。

3.2.2。硬度

对于传统的有机和无机涂料,显微硬度的测量可用于评价硬度。然而,纳米复合涂料,为了研究纳米颗粒涂层的硬度的影响,基于AFM nanoindentation找到更合适的(4,56),用AFM提示被约50纳米的大小。可以获得一个额外的结果从这个nanoindentation杨氏模量的涂料(4]。

(一)有机矩阵。固体颗粒的加入对聚合物改善力学性能是一种很常见的方法。这些通常是SiO等陶瓷颗粒₂,艾尔。₂O₃氧化锌,TiO₂,CaCO₃。其中nano-SiO₂是最常用和研究粒子。唱et al。9]研究了nanoalumina除了对聚氨酯涂料的行为。他们得出的结论是,硬粒子的加入并没有减少划痕损伤评估的划痕宽度测量。对聚丙烯酸涂料,Sajjadi et al。36)报道,提高其抗划伤的nanoalumina粒子,但它不是大大改变了金刚石颗粒的加入。Behler et al。39)研究的影响金刚石聚丙烯腈和聚酰胺(80 wt。% 40 wt. nanoindentation %)的弹性模量和硬度的测试。他们观察到金刚石的矩阵可以显著增加其硬度(~ 2次)。Maitra et al。170年产生稀释)纳米复合材料(0.6 wt. %)聚乙烯醇基体强化的应用研究和观察到的粒子可以大大提高聚合物基体的硬度(高达80%)。

(b)无机矩阵。基于无机涂层硬度的值,可以分为两组:(i)硬涂层(硬度< 40 GPa)和(2)超硬涂层(硬度> 40 GPa)。在各种硬质材料,只有少数超硬材料,也就是说,立方氮化硼(c-BN),类金刚石碳(DLC)非晶,非晶碳氮化(a-CNx),和poly-crystalline钻石79年]。对金属纳米复合涂料,为了获得superhardness,通常应该禁止塑性变形;位错运动和晶界滑动也应避免。如今,研究人员认为,晶界扩散和晶界滑动是必要的提高纳米复合材料涂层的韧性。因此有两种方法制造超硬、高韧性的纳米复合材料(171年),如下所示。

首先,通过两个或两个以上的纳米晶体的结合阶段,可以创建复杂的边界,然后适应连贯的应变,从而增加涂层的硬度。在这个方向上,米特et al。153年]阐述了硬金属基体中的纳米晶体阶段。这些涂层系统不同的硬度大约35 - 60的GPa。固体化合物的高硬度可以通过形成高强度晶界,那里有一个混溶隙宽与一定的化学亲和力。在这种情况下,这两种机制模式的位错和晶界可能导致涂层的硬度(172年- - - - - -174年),而金属基体可以保证他们的韧性。

第二种方法是在一个非晶态相位矩阵嵌入纳米晶体阶段(87年,93年,168年]。在这个方向,有前途的候选人为无定形的矩阵类金刚石碳(DLC),非晶态氮化碳或其他非晶态材料。而纳米氮化物等 ,可以作为强化阶段。通过在DLC矩阵嵌入纳米晶体抽搐,Voevodin et al。103年,154年)获得32 GPa的纳米复合材料涂层的硬度。Vepřek et al。155年,156年]也嵌入在晶硅锡纳米晶体(4海里)₃N₄矩阵和获得50 - 70 GPa的硬度。同样,Zhang et al。93年)准备了涂层的硬度约40 GPa通过嵌入TiCrCN纳米晶体(nm) 8 - 15日在一个非晶态DLC矩阵。

在另一个方向,在对镍磷化学镀层的情况下,合并其他纳米粒子,如问[111年,112年),nano-SiO₂(113年,114年],nano-SiC [175年,176年],nano-WC [115年],nano-Al₂O₃(116年),增加了硬度。所有这些纳米复合材料涂层的硬度也增加了热后处理后在400°C 1 h。类似的结果是获得了热喷涂料(47]。阿里et al。47)报道,热后处理允许增加硬度WC-12 wt。% Co纳米复合材料涂层结合的结晶,改善显微结构的阶段。

3.3。涂层的Nanofillers对热性能的影响

在有机矩阵的情况下,一般的纳米级无机粒子在聚合物基质可以提高热稳定性,作为上级绝缘子和大众运输障碍挥发性产品,期间生成分解(177年]。将纳米粒子添加到聚合物基质修改其玻璃化转变温度()。的增加据报道在一些情况下对聚苯乙烯和其他聚合物(178年- - - - - -180年),而其他一些报告显示减少当nanofillers被添加到聚合物,如氧化铝/聚(甲基mathacrylate) (PMMA)纳米复合材料181年]。因此,交互机制和之间的关系仍然是一个悬而未决的问题。在一个最近的研究(5],DSC测试表明所有的环氧树脂纳米复合涂料,除了一个修改后的铁₂O₃纳米粒子,玻璃化转变温度增加价值。的nano-TiO₂导致增加的环氧树脂涂料的价值甚至从58°C到170°C。TGA测试也表明,除了纳米氧化锌改性环氧树脂纳米复合材料的热稳定性优于,整洁的低温环氧树脂。高温时期,nano-SiO₂,nano-Fe₂O₃,纳米氧化锌增强环氧树脂基体的热稳定性。在环氧树脂纳米复合材料,纳米氧化锌的修改显示最好的热稳定性。利用DSC、DMTA Zabihi et al。182年还发现,铁₂O₃纳米粒子改善环氧树脂的交联密度,提高玻璃化温度。在无机矩阵的情况下,对热喷涂料,纳米复合材料结构有更高的热冲击阻力比常规结构(183年,184年]。

3.4。Nanofillers对涂料的防腐和耐磨的特性

有机的矩阵,据报道,基于环氧涂料(4)包含金属氧化物纳米颗粒显著提高涂层的耐腐蚀钢,铁₂O₃和埃洛石粘土纳米颗粒是最好的。EIS测量表明,纳米粒子的结合增加了涂层电阻和电荷转移电阻,同时减少涂层电容和双电层电容。Zhang et al。185年)报道,nano-SiO的合并₂环氧树脂降低其摩擦磨损在低nanofiller内容(~ 2卷%)。对聚酯涂料、Golgoon et al。35)报道,嵌入纳米黏土导致没有涂层的气孔和缺陷,以及创建一个保护屏障对腐蚀电解质渗透;因此纳米复合涂料的耐蚀性高于纯涂料。他们还报告说,纳米黏土,纳米复合材料涂层的磨损率远低于整洁的涂料,因为相对密度结构的纳米粒子的存在。

对镍磷化学镀的无机矩阵,为涂料、纳米粒子的结合,比如nano-SiO₂(186年),nano-Al₂O₃(116年,117年,187年),nano-CeO₂(188年),和问112年在氯化钠和H),提高了防腐₂所以₄解决方案。纳米颗粒的存在对镍磷矩阵也减少了磨损率,在报道的问112年),nano-Al₂O₃(116年],nano-SiO₂(113年,114年]。电镀层,公司领导的努力SiC纳米颗粒在金属基体有更好的耐蚀性和耐磨性优异(152年,189年- - - - - -193年]。类似的结果也获得了磁控管气急败坏的涂料。魏et al。194年,195年)报道,金属碳化物的存在nanocrystallites无定形矩阵展品低摩擦行为在宽负载范围。nano-Al的存在₂O₃倪矩阵也增加了anti-sand-wear性能的钢衬底(119年]。

3.5。纳米粒子在非润湿性纳米复合涂料

时视为超疏水表面水接触角大于150°(WCA)。超疏水涂层去除水的使用金属表面获得很多的关注是由于特殊的好处(i)自清洁表面,(2)防止冻结或雪(防结冰)表面的金属在寒冷的冬天的天气,(3)防污性能,金属大气腐蚀(iv)障碍在海洋环境中,和(v)尽量减少一些不必要的影响在户外条件下金属表面(196年- - - - - -200年]。根据材料的类型,已成功开发多种超疏水涂料在不同的尺度。Manca et al。196年]报道自洁和遮光的涂层玻璃盘子用修改nanosilica粒子溶胶-凝胶技术。

他等。197年)用肉豆蔻酸成功治疗的疏水表面铝阳极化,从而提高耐蚀性在海水中。Kako et al。200年)发现,表面形态的变化(从超疏水表面疏水管道)可能会改变坚持或滑雪粒子的能力。Sarkar和Farzaneh201年)认为,冰铲被表面的超疏水材料,而冰沉积在裸露的铝表面是大 kPa。Kulinich和Farzaneh202年,203年]也评论类似的结果。李等人。204年]介绍了疏水聚二甲基硅氧烷(PDMS) / nanosilica覆盖减少冰沉积。作者发现,涂料表现出超疏水性,在多尺度和较低的表面能。

疏水性通常改善通过增加表面粗糙度(205年,206年)和疏水性底物需要一个适当的表面粗糙度207年]。因此,使疏水性涂料的技术分为两个步骤:(i)为主体材料在微尺度的粗糙表面,(2)建立纳米结构表面(见图9),其次是低表面能材料表面上的沉积。最常见的低表面材料氟化和硅烷化合物207年]。有很多方法可以增加表面粗糙度:机械拉伸,物理方法(激光、等离子体),化学腐蚀,光刻技术、溶胶-凝胶法加工、电化学反应,甚至在CVD气相化学沉积。

应该注意的是,当粗糙度增加,与水接触角会增加或减少取决于表面疏水或疏水(205年]。此外,朱et al。208年)认为,纳米结构和表面的微观结构导致其疏水性,观察到的自然(荷叶)。

最近,纳米颗粒被用来获得超疏水表面,将表面粗糙度。在这种方法,将纳米粒子应用于表面或罚款直接产生亚微米尺度的表面粗糙度。表面被磨绒继续被化学处理或覆盖着低表面能材料增加疏水效应(209年- - - - - -211年]。在另一方面,纳米颗粒分散在聚合物溶液和喷洒在光滑的表面(如玻璃自洁涂料)(208年,212年- - - - - -215年)如图8。最近,Milionis集团(216年- - - - - -220年]开发了一些非润湿性(疏水性)涂料为特定的应用程序,尤其是underwater-saturation或摩擦学的目的使用nanosilica或碳纳米管分散在不同聚合物矩阵。

4所示。应用程序

表1礼物的总结材料,制备方法,应用4种不同类型的纳米复合涂料。在这个表中,可以看出最常用类型的有机/无机纳米复合材料涂料(O / I)类型(矩阵/ nanofiller)与不同的应用程序,如防腐、耐磨的,超疏水的应用,自洁防污/抗菌应用程序,和电子产品。

在防腐和自我修复涂层的情况下,一个特定类型的nanofiller通常被纳入他们的配方,nanocontainer表示。Nanocontainer是纳米尺度的体积和包含活性物质(inhibitor-loaded Nanocontainer和愈合agent-loaded Nanocontainer)。设计,nanocontainer可以防止这些活跃代理和涂层之间的直接接触矩阵。随着nanofillers, nanocontainers分散在涂料矩阵;然后他们可以释放这些治疗代理人在临界条件下,如机械狂喜,pH值的变化,和光线的变化。Nanocontainers包括埃洛石粘土纳米管(221年- - - - - -223年),氧化锆团簇(224年],nanosilica [225年- - - - - -227年],nanoceria [228年,229年],和超分子nanocontainers [230年,231年]。

5。结论和未来的趋势

我们试图跟踪概述纳米复合涂料的基本和去年最新设计的,纳米复合涂料的制备和应用程序。快速增长的纳米技术和相关领域,纳米复合材料涂层今天成为一知半解,便宜,和更多的功能。纳米复合涂料的应用领域也将更大在未来,处理药物输送系统、防腐涂层、抗菌涂料、self-scratch修理、防火涂料、反光涂料、涂料和屏幕效果。

今天的纳米复合材料涂层不仅作为保护材料,也是其他角色由于多功能nanofillers的存在。两个最受欢迎的例子可以引用,它们是抗菌涂料和智能涂料用于可持续能源领域。在第一种情况下,基于nanofillers的银纳米颗粒及其相关产品非常有前途的未来几十年。在未来,我们将面临许多风险和挑战,尤其是能源问题和研究可持续能源转换将爆炸,在理论和实验方面,和纳米复合材料涂层不会脱颖而出的这种趋势,例如,自洁或“清洗”涂料,涂在建筑,保护基板和玻璃,可以帮助节约能源和水在设备清洗绝缘材料纳米复合材料涂层有助于保存能量损失为维护家庭节省数十亿美元的冬天,特别是在北美的冬天是凉爽和长(见图5)。

智能涂料扮演也是一个重要的角色在可持续能源发展新一代多功能涂料可用于精化的设备在光伏太阳能,太阳能热能,solar-to-fuel转换过程。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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