[發(fā)明專利]一種基于高濃度氧氣氛和光輻照條件的材料表面改性方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110564125.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113149062A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李子亨;孫浩騰;宋嘉程;李泓霖;張燕斌;張小藝;梁瀚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G9/02
• 分類號(hào): C01G9/02;C01G19/02;C01G49/06;C23C8/12
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一種基于高濃度氧氣氛和光輻照條件的材料表面改性方法，屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。是將需要表面改性的材料置于一個(gè)具有石英窗口的陶瓷腔體中，空氣氣氛下50～80℃預(yù)熱處理30～120min；抽真空后充入高濃度氧氣或含有氧氣的混合氣至腔體內(nèi)壓強(qiáng)為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，在20～900℃及光輻照或無(wú)光輻照下處理20～240min，或者無(wú)需抽真空和充入氧氣直接在20～900℃及光輻照下處理20～240min，實(shí)現(xiàn)材料的表面改性。輻照光為不限光強(qiáng)的、在波長(zhǎng)上大于被改性材料帶隙能量的光，被改性的材料為塊體或粉體的金屬或金屬氧化物。本發(fā)明在不改變材料表面元素種類前提下快速有效完成材料表面改性，其改性方法具有占地小、成本低、操作簡(jiǎn)單、易推廣的優(yōu)良效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高濃度氧氣氛和光輻照條件金屬、金屬氧化物的材料表面改性方法。

背景技術(shù)

材料表面改性是指不改變材料基體的特性，僅改變材料表面層與近表面層的物理化學(xué)特性的表面處理手段。

納米粒子的表面改性即納米粒子表面與表面改性劑發(fā)生作用，增強(qiáng)納米粒子在介質(zhì)中的界面相容性，使納米粒子容易在有機(jī)化合物或水中分散。表面改性劑分子結(jié)構(gòu)必須具有易與納米粒子的表面產(chǎn)生作用的特征基團(tuán)，這種特征基團(tuán)可以通過(guò)表面改性劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而獲得。根據(jù)納米粒子與改性劑表面發(fā)生作用的方式，改性的機(jī)理可分為包覆改性、偶聯(lián)改性等。傳統(tǒng)的表面改性方法有化學(xué)鍍層和熱噴涂等方法；現(xiàn)代表面改性方法更為多樣，包含離子束技術(shù)、表面鍍膜、化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積等方法，但普遍有需要昂貴的儀器、耗費(fèi)大量時(shí)間、占據(jù)大量空間的特點(diǎn)。

然而這些改性方法本質(zhì)上改變了材料表面的化學(xué)成分和性能，對(duì)于一些研究來(lái)說(shuō)，更需要與材料本體成分相同且性能穩(wěn)定的表面。傳統(tǒng)的表面熱處理、離子束技術(shù)、電子束技術(shù)和激光燒蝕技術(shù)可以達(dá)到所需的本體材料表面改性，但成本高、耗能高、耗時(shí)大。本發(fā)明提出了一種基于光照條件與高濃度氧氣氣氛下的材料改性方法，可以快速有效完成材料表面重整和修飾，具有成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。尤其對(duì)納米粉體材料，紫外光輻照可以為納米材料表面的改性提供能量與環(huán)境，高濃度氧氣可以游走在所有納米材料表面發(fā)生為發(fā)生反應(yīng)提供原料和氣氛，可以改變材料表面狀態(tài)，可以克服激光束、電子束和離子束輻照面單一的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種穩(wěn)定性良好、低成本和有效的基于高濃度氧氣氛和/或光照條件的材料表面改性方法。

本發(fā)明所述的一種基于高濃度氧氣氛和/或光照條件的材料表面改性方法，其特征在于：將需要表面改性的材料置于一個(gè)具有石英窗口的陶瓷腔體中(在陶瓷腔體內(nèi)設(shè)置有載物臺(tái)，載物臺(tái)通過(guò)電加熱盤用以控制需要表面改性材料的熱處理溫度為20～900℃)，空氣氣氛下50～80℃預(yù)熱處理30～120min；抽真空后充入高濃度氧氣或含有氧氣的混合氣至腔體內(nèi)壓強(qiáng)為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，在20～900℃及光輻照或無(wú)光輻照下處理20～240min，實(shí)現(xiàn)材料的表面改性；或者預(yù)熱處理后無(wú)需抽真空和充入高濃度氧氣或含有氧氣的混合氣，直接在20～900℃及光輻照下處理20～240min，實(shí)現(xiàn)材料的表面改性。

上述材料改性方法中，利用光輻照和高濃度氧氣這兩個(gè)條件的一個(gè)或兩個(gè)均可以實(shí)現(xiàn)材料的改性。

上述材料改性方法中，輻照光為不限光強(qiáng)的、在波長(zhǎng)上大于被改性材料帶隙能量的光，包含但不限于170nm～405nm紫外光。

上述材料改性方法中，高濃度氧氣的濃度為高于通常空氣環(huán)境中氧氣體積濃度20.95％的任一濃度，可以通過(guò)調(diào)控高純氧氣分壓的方式進(jìn)行高純氧濃度控制。

上述材料改性方法中，含氧氣的混合氣為高純氧氣和任一種或多種氣體的混合氣，任一種或多種氣體包括但不限于氮?dú)狻鍤狻⒑狻⒓淄椤⒁谎趸嫉葰怏w的一種或多種；混合氣中氧氣體積濃度大于20.95％，水蒸氣的體積濃度低于1％，其余的任一種或多種氣體的濃度沒(méi)有要求。