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纳米涂层材料认识和应用的几个误区

发布时间:2017-02-15 08:56:36

纳米材料与纳米涂层

       纳米材料是指由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。纳米材料的概念形成于80年代中期,由于纳米材料会表现出特异的光、电、磁、热、力学、机械等性能,纳米技术迅速渗透到材料的各个领域,成为当前世界科学研究的热点。

  传统涂层技术添加纳米材料,可使传统涂层的功能得到飞跃提高,技术上勿需增加太大的成本。这种纳米添加的复合体系涂层很快就可走向市场展示出强劲的应用势头。

  利用现有的涂层技术,针对涂层的性能,添加纳米材料,都可以获得纳米复合体系涂层。纳米涂层的实施对象既可以是传统材料基体,也可以是粉末颗粒或是纤维,用于表面修饰、包覆、改性或增添新的特性。



各种纳米材料都有相对侧重的应用领域,并非万能

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  凡是传统表面涂层技术,都可以用来或者稍加改造,实现纳米材料复合涂层。因此市场上也充斥着各种纳米材料或者纳米材料成份的制品。

  在硬度高的耐磨涂层中添加纳米相,可进一步提高涂层的硬度和耐磨性能,并保持较高的韧性。

  将纳米颗粒加入到表面涂层中,可以达到减小摩擦系数的效果,形成自润滑材料,甚至获得超润滑功能。在一些涂层中复合C60,巴基管等,制备出超级润滑新材料。涂层中引入纳米材料,可显著地提高材料的耐高温、抗氧化性。如,在PCBA的表面沉积青山新材TIS-NM纳米材料涂层,由于纳米颗粒的作用,有效降低了PCB表面能量,形成的纳米防水涂层阻止了水分子对电子元器件的破坏风险,疏水能力明显增强,改善了氧化层的生长机制和力学性质,抗腐蚀抗氧化能力更强。

  纳米材料涂层可以提高基体的腐蚀防护能力,达到表面修饰、装饰目的。在油漆或涂料中加入纳米颗粒,可进一步提高其防护能力,能够耐大气,紫外线侵害,从而实现防降解,防变色等功效;另外,还可以在建材产品,如卫生洁具、室内空间、用具等中运用纳米材料涂层,产生杀菌、保洁效果。

  纳米材料涂层具有广泛变化的光学性能。它的光学透射谱可从紫外波段一直延伸到远红外波段。纳米多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现荧光,用于多种光学应用需要,如传感器等器件。在各种标牌表面施以纳米材料涂层,成为发光、反光标牌;改变纳米涂层的组成和特性,得到光致变色,温致变色,电致变色等效应,产生特殊的防伪,识别手段。80nm的氧化钇可作为红外屏蔽涂层,反射热的效率很高。在诸如玻璃等产品表面上涂纳米材料涂层,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热作用;在涂料中加入纳米材料,能够起到阻燃,隔热,起到防火作用。

  经过纳米复合的涂层,具有优异的电磁性能,利用纳米粒子涂料形成的涂层具有良好的吸波能力,能用于隐身涂层。纳米氧化钛、氧化铬、氧化铁和氧化锌等具有半导体性质的粒子,加入到树脂中形成涂层,有很好的静电屏蔽性能;80nm的钦酸钡可作为高介电绝缘涂层,40nm的四氧化三铁能用于磁性涂层;纳米结构的多层膜系统产生巨磁阻效应,可望作为应用于存储系统中的读出磁头。

       当然还有一些产品虽然打着“纳米”旗号,但实际上并非真正采用了纳米材料和纳米技术,比如活性碳相关范畴的一些产品也标以纳米技术。

       纳米涂层从功能上来说,大体上有疏水、疏油、亲水、防雾、防潮防水、防腐、减反射、提高表面硬度 防粘、封装、易清洁、自洁、建筑防护、防老化、防风化、阻燃、隔热、添加剂,每一种纳米材料都有较侧重的几个功能,比如TIS-NM纳米涂层重点应用于电路板防潮防腐蚀方面,透明超薄,是一种隐形涂层,而表面硬度方面则要弱一些,不能强烈刮擦,可以耐300度高温,但超高温目前还有待突破。用户应根据自身产品的实际需求选择适合的纳米材料。


电子产品纳米防水涂层并非绝对防水

       对于纳米涂层行列中的纳米防水材料,特别是针对电子产品的防水材料始终处于防意外落水、预防浸水的阶段,很多纳米材料本身或者使用纳米材料的某种施工工艺都夸大了效果,甚至鼓吹到了神一般的境地,而用户在使用的过程中却发现并非如此神效,这些采用纯营销手段短期充斥市场的材料也必将被淘汰。

       电子产品防水是个复杂的工艺,特别是对于结构和部件较多的产品更为复杂,比如手机防水一直是个难题,手机有缝隙,不只一条,而是许多条。有接口,有按钮,有扬声器,有扬声器栅格,有麦克风接口,它们都会留下细小的缝隙,让水进入手机。不只如此,屏幕与手机边框之间也留有缝隙。

       拆解任何一台防水手机我们都会发现,里面有厚厚的粘性材料,它将屏幕与底座粘在一起。制造商在接口(也就是USB、Lighting、3.5毫米耳机接口)背部涂上胶水,有时连靠近框架的电路也涂有胶水。

       粘合剂并非万能,有时也不管用。在手机上有些组件是突出的,比如按钮、接口、可拆除组件,我们肯定不希望粘糊糊的胶水流出来。

       于是制造商引进了橡胶垫圈,它是一个0形环圈,放在设备内部,紧紧附着在内表面上。在手机的耳机接口、充电接口附近,我们都能发现橡胶垫圈,在SIM卡托附近也有一个小小的橡胶垫圈。苹果还在一些线缆连接器附近安装垫圈,增强保护。

       不漏水,但是空气可以进入,在手机中有少数组件是无法完全密封的。扬声器、麦克风需要让空气流通,因为只有空气振动才会发声。如果手机完全不让空气进入,手机内部的压力与外部不平衡,压力就会在密封手机上打开缺口,让水进入。

       既然这样,制造商如何阻挡水的进入呢?科学。许多制造商在制造防水手机时,会在扬声器、麦克风前面安装非常精细的网眼,它完全遵循水的自然特点,比如内聚力和表面张力,让水粘在一起而不是穿过网眼。还有一些地方也使用相同的技术,比如iPhone 7底部左侧的扬声器栅格,或者是Galaxy S7的麦克风。

       除了网眼,制造商还增加了防水面料透气膜(ePTFE),它可以让空气自由穿过,平衡压力。Gore公司生产ePTFE材料Gore-Tex,这种材料和滑雪衫使用的面料一样。据Core公司透露,至今它们销售的便携电子通风口组件高达10亿件。

       一些制造商(比如三星)为了防止充电接口短路,有时还会短暂关闭接口,它们使用耐蚀材料(比如镍)防止手机磨损。正因如此,现代防水手机不需要防水盖子就能防水。

      显然防水不是绝对的,所有的防水技术都不完美,所谓的防水手机,从严格意义上讲并不“防水”。如果压力足够大,水就会穿过去,只是需要的压力大小不同而已。正是因为这个原因,在宣传时苹果、三星、索尼只是说手机可以“防水”,没有说它可以“抗水”。

       从外观镀膜到真空镀膜都未真正完美解决手机防水问题,苹果公司更是为iPhone7防水申请了N项专利,即使如此苹果公司仍在销售合同里明确提出不建议用户直接将手机置入水中,并且声明因用户自身原因导致进水损坏将不提供保修服务。

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    大多数电子产品目前的防水强度仅限于防止意外落水,以便用户在较短的时间之内对产品进行急救处置,并不能长期在水中工作。


电子产品使用纳米涂层生产成本是次要因素

       由于纳米涂层在电子产品上的应用重点在于防潮防水防腐蚀,并且商家的宣传更多是倾向于防水泡水,所以更多制造商在考虑是否采和纳米涂层时更多的是考虑所增加的成本问题,而实际上纳米涂层对电子产品的保护,比如TIS-NM纳米涂层对PCBA的保护能使产品的寿命大幅延长,增加了耐用性,并且显著的减少售后,这一切同时是产品品质在消费者和客户心里的沉淀,而品质和品牌的塑造往往是一个较漫长的过程,品质对品牌的影响是很重要的一个因素。

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如果产品的返修率高也相当于损失了一部分利润,在生产过程中增加少许成本但产品的返修率大幅降低,同样节省了成本保住利润。因此纳米涂层在产品上的应用不能单纯的理解为原材料和人工成本的增加,有必要从战略意义上进行思考。

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