使二氧化鈦沉積于基材和復(fù)合制品上的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)廣義地設(shè)及在基材和從而可制備的復(fù)合制品上形成含有二氧化鐵涂層的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鐵（即，Ti化或二氧化鐵）是一種多功能性材料，其在最近20年來(lái)已進(jìn)行 大量研究和開(kāi)發(fā)努力。除了其傳統(tǒng)用作白色顏料之外，其具有在能量和環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。 Ti化的一些應(yīng)用包括氣體傳感器、電致變色裝置、染料敏化太陽(yáng)能電池和光催化劑。
[0003] 各種光催化劑已利用Ti〇2進(jìn)行開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于諸如空氣/水純化、自清潔、防霧（親 水性/疏水性切換）、消毒和通過(guò)水裂解的氨制備領(lǐng)域。Ti化影響其應(yīng)用的兩種性質(zhì)為其 晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)。通常，"納米晶"結(jié)構(gòu)對(duì)Ti〇2膜是理想的W實(shí)現(xiàn)高官能性能。運(yùn)是因 為i)當(dāng)顆粒具有納米級(jí)尺寸時(shí)，高比表面積提供了優(yōu)異的表面活性；和ii)催化活性與單 個(gè)納米顆粒的結(jié)晶度敏感相關(guān)聯(lián)，并且良好的結(jié)晶度（在銳鐵礦、板鐵礦或金紅石結(jié)構(gòu)中） 通常是理想的。
[0004] 用于沉積Ti〇2膜的已知方法包括各種真空沉積技術(shù)（例如，物理氣相沉積（PVD)、 化學(xué)氣相沉積（CVD)、脈沖激光沉積（PLD)和瓣射），和溶劑或水基方法，其中涂布二氧化鐵 分散體并然后干燥。真空沉積技術(shù)需要昂貴的專用設(shè)備，該專用設(shè)備通常不很好地適合于 W高生產(chǎn)率制備厚涂層。相比之下，基于液體的涂布方法需要能量W移除液體，并且可導(dǎo)致 具有雜質(zhì)的涂層，運(yùn)些雜質(zhì)不利地影響Ti化層的性質(zhì)（例如，光催化性質(zhì)）。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]通過(guò)提供一種用于通過(guò)簡(jiǎn)單擦涂方法在侶基材上制備含Ti〇2無(wú)機(jī)層的替代方法， 本公開(kāi)克服了成本和/或液體處理的問(wèn)題。
[0006] 在一個(gè)方面，本公開(kāi)提供了一種方法，該方法包括將含有二氧化鐵顆粒的粉末擦 涂在侶基材的表面上W形成粘結(jié)至該侶基材的表面的層，其中該粉末基本上不含有機(jī)顆 粒，并且其中該層包含二氧化鐵。
[0007] 意外地，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本公開(kāi)制備的無(wú)機(jī)層可含有微量的元素鐵，特別是 在侶基材的表面附近。
[0008] 因此，在另一方面，本公開(kāi)提供了一種包括粘結(jié)至基材的表面的層的復(fù)合制品，其 中該粉末基本上不含有機(jī)組分，并且其中該層包含二氧化鐵和元素鐵，其中該基材包含侶 金屬。
[0009] W下定義適用于整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)。
[0010] 術(shù)語(yǔ)"侶基材"是指主要包括侶金屬的基材，并且通常具有形成于暴露表面上的薄 侶氧化物層。
[0011] 術(shù)語(yǔ)"基本上不含"意指包含小于1重量％，并且可為小于0.1重量％，小于0.01 重量％，或甚至完全不含。
[0012] 術(shù)語(yǔ)"無(wú)機(jī)的"是指非有機(jī)的化合物和材料。
[0013] 術(shù)語(yǔ)"有機(jī)的"包括含有碳-氨C-H共價(jià)鍵和/或碳-碳多鍵（即，具有大于1的 鍵級(jí)的C-C鍵）的化合物和材料。因此，石墨、石墨締、富勒締和碳化物被視為有機(jī)的，而碳 酸鋼和尿素將被視為無(wú)機(jī)的。
[0014] 術(shù)語(yǔ)"有機(jī)顆粒"是指包括大于不定量（例如，小于0. 1重量％或小于0.01重 量％)的有機(jī)材料的顆粒。
[0015] 術(shù)語(yǔ)"粉末"是指微小松散顆粒形式的固體物質(zhì)。
[0016] 在考慮【具體實(shí)施方式】W及附屬權(quán)利要求書(shū)時(shí)，將進(jìn)一步理解本公開(kāi)的特征和優(yōu) 點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為根據(jù)本公開(kāi)的示例性復(fù)合制品100的示意性側(cè)視圖。 陽(yáng)0化]圖2A-沈分別示出了實(shí)例1A-1E的涂層的掃描電鏡（SEM)顯微圖。
[0019] 圖3為比較例A和實(shí)例1A-1E的反射率百分比相對(duì)于波長(zhǎng)的曲線圖。
[0020] 圖4為比較例A和實(shí)例1A-1E的反射率百分比相對(duì)于厚度的曲線圖。
[OOW圖5示出了在從金屬基材的表面的各種距離獲取的疊層Ti蝕3/2,1/2)光電子光譜。
[0022] 應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W設(shè)計(jì)出大量其他修改形式和實(shí)施例，運(yùn)些修改 形式和實(shí)施例在本公開(kāi)原理的范圍和實(shí)質(zhì)內(nèi)?？赡芪窗幢壤L制運(yùn)些圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 根據(jù)本公開(kāi)的方法設(shè)及將粉末擦涂在侶基材的表面上W形成粘結(jié)至侶基材的表 面的層。
[0024] 粉末包含二氧化鐵顆粒。二氧化鐵顆?？蔀槿魏谓Y(jié)晶形式，或結(jié)晶形式的組合。 二氧化鐵的結(jié)晶形式包括銳鐵礦、金紅石、板鐵礦、合成制備的亞穩(wěn)態(tài)二氧化鐵（單斜、四 角形和斜方），和高壓形式（例如，具有a-Pb02類、斜錯(cuò)石類、氯鉛礦類、斜方01，或立方 相）。對(duì)于其中光催化性質(zhì)是理想的的應(yīng)用，二氧化鐵優(yōu)選地具有高含量的銳鐵礦和/或金 紅石。例如，二氧化鐵可包含至少50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、98或甚至至少99重 量％的銳鐵礦和/或金紅石。在一些實(shí)施例中，二氧化鐵基本上由銳鐵礦和/或金紅石組 成。
[00巧]粉末可包含附加無(wú)機(jī)組分（例如，可由鐵鐵礦的精煉得到），但該粉末優(yōu)選地包含 至少50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、98或甚至至少99%或更多的二氧化鐵。優(yōu)選地，基 本上由一種或多種金屬氧化物和/或其水合物組成。優(yōu)選地，粉末基本上不含水，但運(yùn)并不 是必須的。
[0026] 二氧化鐵顆粒優(yōu)選地具有在10至1000納米，更優(yōu)選地50至800納米，和更優(yōu)選 地100至700納米的范圍內(nèi)的中值粒度值5。)，但也可使用其它粒度。
[0027] 侶基材可具有任何形式。示例包括鑄塊、桿、塊、膜、錐、條、鑄件、擠壓料、片料和 板。其中，侶片和錐是特別優(yōu)選的，例如，由于其在連續(xù)制造工藝中的成本、重量和易用性。 在一些實(shí)施例中，侶基材可包括部分的飛行器外殼。
[0028] 侶基材具有表面，粉末擦涂在該表面上。表面可為平滑的或粗糖的（例如，具有通 過(guò)漉在制造工藝中形成的凹槽或通過(guò)陽(yáng)極化處理形成的孔）。意外地，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，表 面粗糖度的存在改善了無(wú)機(jī)層的物理性質(zhì)。
[0029] 在一般情況下，侶具有設(shè)置于暴露表面上的侶氧化物層。層在打磨期間可與粉末 混雜，并且形成無(wú)機(jī)層的一部分，但運(yùn)并不是必須的。
[0030] 將粉末擦涂在侶基材的表面上可通過(guò)任何合適手段完成，包括手動(dòng)和/或機(jī)械方 法。
[0031] 在一個(gè)示例性方法中，可使用電子軌道磨砂機(jī)，諸如，例如BlackandDecker 5710型電子軌道磨砂機(jī)（康涅狄格州新不列顛的百得公司度lackandDecker,New 化itain,Connecticut))，其具有每分鐘4000個(gè)軌道操作和0.I英寸的同屯、行程（總體為 0.2英寸）。優(yōu)選地，軌道磨砂機(jī)墊的同屯、行程總體大于約0. 05英寸（為0.1英寸）。具 有類似于上述BlackandDecker5710型的操作速度和同屯、行程并具有在90psi氣壓下 每分鐘8000個(gè)操作的空轉(zhuǎn)速度的氣動(dòng)軌道磨砂機(jī)（諸如IngersoU-Rand312型氣動(dòng)軌 道磨砂機(jī)（愛(ài)爾蘭都柏林的英格索蘭公司（IngersoU-Rand,Dublin,Ireland))也可用于 執(zhí)行本公開(kāi)。在供應(yīng)的氣壓降低和施加壓力增大的情況下，實(shí)際操作速度在每分鐘0至 4000個(gè)操作的范圍內(nèi)?？墒褂闷?、軌道磨砂機(jī)的組合（例如，在幅材線上串聯(lián)）。也可 W使用旋轉(zhuǎn)拋光器。一種適于執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)的方法的示例性生產(chǎn)設(shè)備描述于美國(guó)專利 No.6, 511, 701 值ivigalpitiya等人）。
[0032] 磨砂機(jī)和/或拋光器一般與拋光/磨光墊或閥帽結(jié)合地使用，該閥帽適于與特定 磨砂機(jī)和/或拋光器一起使用。合適的拋光/磨光墊廣泛地購(gòu)自例如設(shè)備制造商。
[0033] 可安裝于磨砂機(jī)上并用于根據(jù)本公開(kāi)的方法中的示例性油漆涂敷墊描述于美國(guó) 專利No. 3, 369, 268度urns等人）。運(yùn)些油漆涂敷器為薄金屬背襯、開(kāi)孔聚氨醋泡沫層與柔 軟且極細(xì)的密集堆積的尼龍刷毛的活性表面的層合構(gòu)造。運(yùn)些墊可進(jìn)行改進(jìn)使得它們可輕 易地安裝至軌道磨砂機(jī)或磨光機(jī)。
[0034] 在將粉末擦涂在侶基材的表面上之后，可通過(guò)任何合適的（優(yōu)選無(wú)液的）方法 (諸如，例如通過(guò)輕刷或使用壓縮空氣）移除過(guò)量的松散和/或未結(jié)合粉末。
[0035] 在將粉末擦涂在侶基材的表面上之后，層形成于侶基材的表面上。現(xiàn)在參照?qǐng)D1， 示例性復(fù)合制品100包括具有表面120的侶基材110,表面120具有設(shè)置于其上的層130。 層130包含二氧化鐵，二氧化鐵通常為與用于形成層130的粉末的二氧化鐵相同的結(jié)晶形 式。因此，層可包含具有任何結(jié)晶形式，或結(jié)晶形式的組合的二氧化鐵，該結(jié)晶形式為諸如， 例如銳鐵礦、金紅石、板鐵礦、合成制備的亞穩(wěn)態(tài)二氧化鐵（單斜、四角形和斜方），和高壓 形式（例如，具有a-Pb02類、斜錯(cuò)石類、氯鉛礦類、斜方01，或立方晶相）。對(duì)于其中光催 化性質(zhì)是理想的的應(yīng)用，二氧化鐵優(yōu)選地具有高含量的銳鐵礦和/或金紅石。例如，二氧化 鐵可包含至少50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、98或甚至至少99重量％的銳鐵礦和/或 金紅石。在一些實(shí)施例中，二氧化鐵基本上由銳鐵礦和/或金紅石組成。<