一种碳素超黑吸光涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及吸光材料技术领域，公开了一种碳素超黑吸光涂层的制备方法，以碳素材料、粘结材料、溶剂、助剂制备悬浮液，通过喷涂工艺喷涂所述悬浮液至基体表面，形成所述碳素超黑吸光涂层，所述悬浮液中包括1

【技术实现步骤摘要】
一种碳素超黑吸光涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及吸光材料
，具体涉及一种碳素超黑吸光涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]超黑吸光涂层广泛应用于光学、航天等领域，人们常认为太空是黑暗的，但实际上它明亮得令人难以置信，太阳像一个巨大的弧光灯，地球和月亮产生反射光，相比之下其他星星就显得相当昏暗，当航天卫星上的星体跟踪定位器在观察超远星体时，非目标星体发出光线会照射到镜筒内部，由于表面具有一定的反射率，光线经多次反射后就可能会进入到探测器中，对目标星体的成像造成干扰。在这类高灵敏度光学设备中，一些杂散光经过多次反射，即使每次反射只有1％的反射率差异，杂散光到达光学探测器时也会产生极大的影响。因此，在高灵敏度光学镜筒等部位需要涂覆高吸收率、低反射率的超黑涂料，吸收杂散光，以提高光学装置的精度。
[0003]目前，国内主要的商用超黑涂料仍以有机涂料为主，且使用的超黑涂料成分相互类似，主要使用炭黑作为黑色颜料对光进行吸收，使用树脂作为基体或粘结剂，使用白炭黑、滑石粉等粉末材料作为消光剂减少漆膜的镜面反射，使用各种助剂增加黑漆的分散、施工性能。虽然各家生产的超黑涂料具体配方有一定的差别，但由于其原理类似，反射率也都相互将近，大概在3～5％，与国外先进的超黑涂料，如英国Vantablack产品(反射率<1％)存在巨大的性能差异。除黑色涂料外，国内外各厂商还相继开发了其他超黑涂层技术或涂层，如阳极氧化技术、黑镍涂层及黑硅技术等。但这些涂层或技术往往对基底类型、尺寸有着严格的要求，施工步骤复杂，因此应用受到了较大的限制，在很多场合光学仪器仍需要使用黑色涂料作为高吸收涂层。
[0004]CN10326377A公开了一种具有纳米孔结构的超黑涂层制备方法，将金属基体材料清洗活化后放入化学镀液中施镀，使金属基体材料表面沉积镍磷碳合金镀层；化学镀液由硫酸镍、次亚磷酸钠、缓冲剂、络合剂和炭黑组成，炭黑的粒径为20-60nm；最后用刻蚀酸液对金属基体材料表面镍磷碳合金镀层进行化学刻蚀即可。其制备的超黑涂层表面均匀分布着大小不一的微米锥形孔，而在微米锥形孔的内表面和相邻锥形孔之间的平面区域又充满孔径更小的纳米孔，能在400-2000nm光线波长范围内，对光线的反射率小于0.12％，比常规化学刻蚀Ni-P合金所获得的吸光涂层具有更好的吸光性。
[0005]CN 109880502A公开了一种宽波段超漆黑的制备方法，先用树脂包覆的二氧化硅微球制备炭包覆的二氧化硅微球，再浸渍在强碱溶液中制备空心碳球；与粘接剂、稀释剂混合得到宽波段超黑漆，具有反射率较小，可宽波段广泛吸收的优点。
[0006]但这些方案中的制备方法都较为繁琐，需要活化、煅烧、酸液刻蚀等过程，操作不易，且不利于环境保护，对工艺的要求也相对较高。因此，如何获得具有吸光性更好，反射率更低，制备工艺更简单的超黑涂料仍然是值得研究者继续探索的。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提供一种操作简单、工艺流程少、成本低且适合工业化的碳素超黑吸光涂层的制备方法，以悬浮液为原料进行喷涂，制备的涂层具有为纳多孔结构，吸光性能优异，且力学性能优良。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种碳素超黑吸光涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0010]以碳素材料、粘结材料、溶剂、助剂制备悬浮液，通过喷涂工艺喷涂所述悬浮液至基体表面，形成所述碳素超黑吸光涂层。
[0011]本专利技术将碳素材料、粘结材料、溶剂、助剂先制备成悬浮液，再以悬浮液为原料，采用喷涂工艺进行喷涂，避免了纳米粉末流动性差、易团聚、难喷涂的问题，良好的实现悬浮液中粘结材料的粘结作用，使涂层具备微纳多孔结构的同时，兼具良好的力学性能。
[0012]所述碳素材料包括纳米碳管、富勒烯、多壁碳管、碳气凝胶、空心碳球中的任意一种或多种，其中富勒烯、空心碳球平均粒径为5-200nm，纳米碳管、多壁碳管的直径为5～20nm，长度为100～200μm，碳气凝胶密度为20～80mg/cm3。所选用的碳素材料应当为纳米级别的的粒径，喷涂得到的涂层更为致密，吸光性能更好。
[0013]所述悬浮液中包括1-3wt％的碳素材料、1-15wt％的粘结材料、0.2-5wt％的助剂，剩余为溶剂。悬浮液的稳定性和成分对整个涂层的性能起到至关重要的作用，碳素材料是对涂层的吸光性能起到最关键的成分，理论上越多越好，但该组分含量太高，由于均为纳米粒子，会存在粉末易团聚，在悬浮液中分散不均匀，悬浮液不稳定，造成喷涂效果不好，因此要控制在1-3wt％的范围内。同时要添加1-15wt％的粘接材料，以辅助涂层的粘接性能，确保涂层的稳定性和力学性能。助剂则起到帮助碳素材料和粘接材料有效分散的效果，三者要在合理的范围内，既达到悬浮液的分散性好、稳定，又要使获得的涂层粘接性好、力学性能和吸光性能优异。
[0014]所述溶剂为乙醇、去离子水、丙酮中一种或多种的混合物。能确保悬浮液中各组分分散良好，同时在喷涂过程中对碳素材料、粘接材料起到保护作用。
[0015]优选地，所述溶剂为乙醇/丙酮与去离子水的混合物，进一步优选地，其中乙醇/丙酮与去离子水的体积比为(5～20):100。
[0016]所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂中的任意一种或多种。
[0017]所述助剂选自BYK2012、BYK2015、Tego370、聚乙二醇、Tego410、Tego2250、BYK333中的任意一种或多种。
[0018]所述的粘结材料包括纳米铜、纳米铝、纳米镍、纳米锌、聚氨酯、聚丙烯酸铵，聚醋酸乙烯树脂、聚乙烯醇中的任意一种或多种。
[0019]所述的基体材料包括玻璃、无机陶瓷、金属材料、高分子、碳纤维等中任一种。
[0020]优选地，所述基体材料为氧化铝、氧化锆、不锈钢、铝、铜、合金、柯伐合金、PEEK、聚酰亚胺、特氟龙、碳纤维中任一种。
[0021]所述悬浮液的制备过程具体为：将碳素材料、溶剂和部分助剂球磨0.5-2h形成预分散液，再加入粘结材料和剩余助剂高速搅拌5-30min。
[0022]当助剂的种类多于一种时，每种助剂添加的时间间隔不小于5min，这样利于各助剂与原有的组分间的分散性更好。
[0023]稳定均匀分散的悬浮液配制对涂层成膜及其工艺十分重要，其中添加的粘结材料能够为最终涂层的微纳米结构提供多孔负载框架，添加的助剂能提高纳米碳素材料在悬浮液体系中的稳定性，悬浮液中的溶剂能有效调控喷涂过程中悬浮液固相在焰流中的加热状态，不使固相过分受热而发生烧蚀，或受热不充分而涂层不具备良好的力学性能。
[0024]所述喷涂工艺为火焰喷涂。液料火焰喷涂是常规火焰喷涂技术的新发展，是直接利用液体前驱体或悬浮液制备微纳米结构涂层的一种新方法，其喷涂过程由于不同于传统热喷涂而更适合制备微纳米结构涂层。喷涂过程中，雾化成细小雾滴的原材料进入高温高速焰流，小雾滴在焰流中发生溶剂的挥发、燃烧及溶质的析出和分解等一系列物理、化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳素超黑吸光涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以碳素材料、粘结材料、溶剂、助剂制备悬浮液，通过喷涂工艺喷涂所述悬浮液至基体表面，形成所述碳素超黑吸光涂层。2.根据权利要求1所述的碳素超黑吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述碳素材料包括纳米碳管、富勒烯、多壁碳管、碳气凝胶、空心碳球中的任意一种或多种，其中富勒烯、空心碳球的平均粒径为5-200nm，纳米碳管、多壁碳管的直径为5～20nm，长度为100～200μm，碳气凝胶的密度为20～80mg/cm3。3.根据权利要求1所述的碳素超黑吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述悬浮液中包括1-3wt％的碳素材料、1-15wt％的粘结材料、0.2-5wt％的助剂，剩余为溶剂。4.根据权利要求1所述的碳素超黑吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙醇或丙酮与去离子水的混合物，其中乙醇或丙酮与去离子水的体积比为(5～20):100。5.根据权利要求1所述的碳素超黑吸光涂层的制备方法，其特征在于，所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂中的任意一种或多种。6.根据权利要求1或5所述的碳素...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晶，刘奕，凤晓华，吴双杰，周平，所新坤，李华，
申请(专利权)人：中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：