CN111302648A - 一种合金材料及防水雾处理方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种合金材料，按质量百分数包括：镓45％～65％；铟5％～15％；以及，余量为钯。同时本申请还提供一种防水雾处理方法，通过化学气相沉积法，以所述合金材料为催化剂并以甲烷作为碳源，在一基材的至少一表面上原位生长一单层石墨烯。

Description

一种合金材料及防水雾处理方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别涉及一种合金材料，以及利用该种合金材料的防水雾处理方法。
背景技术
在日常生活中，常常需要使用需要进行防水雾(或防起雾)的镜面或透光玻璃，例如眼镜、镜子、口镜等。
通常采用以下两种方式进行防水雾处理：一种是亲水性处理，即，使玻璃(或镜面)的表面具有亲水性，以降低玻璃(或镜面)表面对水的接触角，使凝聚在表面上的小水滴不形成微小的水珠而是铺展开的薄膜化；另一种则是疏水性处理，即，使玻璃(或镜面)的表面具有疏水性，以提高玻璃表面与水之间的接触角，使水滴在重力作用下滑落。
然而，经亲水性处理方法处理后的玻璃(或镜面)的表面事实上仍会覆盖水层，可能会影响观察效果，处理效果不佳。
目前，受到广泛关注的是利用石墨烯涂层对玻璃(或镜面)进行疏水性处理。然而，但此种方法也存在一定缺陷，主要缺陷体现在石墨烯涂层与基底材料之间的结合力不足，使得在一些需要反复杀菌处理的领域(例如口镜)中，石墨烯涂层与基地材料之间容易产生剥离，进而影响疏水性能。
针对上述石墨烯涂层的结合力不足，有学者提出以原位生长技术，来提高石墨烯与基底的结合力。
然而，经研究表明，传统的原位生长技术要求的温度(通常为1000℃左右)远远超过绝大部分玻璃基材或镜面基材的融化温度，使得该种技术无法应用于绝大部分玻璃基材或镜面基材，从而限制了石墨烯的应用。
因此，有必要提出一种新的防水雾处理方法，可以在低温条件下对玻璃基材或镜面基材进行处理，以克服上述现有的技术缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合金材料以及利用该种合金材料的防水雾处理方法，通过将所述合金材料作为催化材料，在玻璃(Si02)表面能够低温生长结构完整的单层石墨烯，可以起到防水雾的效果。
为了实现上述目的，本申请提供一种合金材料，按质量百分数包括：镓45％～65％；铟5％～15％；以及，余量为钯。
本领域技术人员可以理解的是，所述合金材料可以记为Ga-In-Pd合金。
本领域技术人员可以理解的是，在所述合金材料中，所述镓的质量百分数可以是45％～65％范围内的任意一个数值，或者落入任意两个数值之间的范围，例如但不限于，45％，50％，55％，60％，65％等。同样地，在所述合金材料中，所述铟的质量百分数可以是5％～15％范围内的任意一个数值，或者落入任意两个数值之间的范围，例如但不限于，5％，10％，15％等。
本领域技术人员可以理解的是，在所述合金材料中，还包括使得质量百分数满足100％的钯。当然，所述合金材料还包含技术中无法避免的误差范围内的杂质。
在一些实施例中，所述钯的质量百分数不低于35％。
在一些实施例中，所述合金材料的熔点为300～400℃。
在一些实施例中，所述合金材料还包括磁性颗粒，所述磁性颗粒的质量体积比为10～30％。所述磁性颗粒的粒径范围为1nm～10μm。所述磁性颗粒是用于液态合金的非接触方式下驱动液态合金在玻璃表面流动，确保石墨烯均匀涂覆。因此，本领域中任意市售的磁性颗粒均可以适用，例如本领域中已有市售的磁性纳米材料，例如但不限于：氧化铁磁性纳米颗粒、功能基团修饰的三氧化二铁磁性纳米颗粒、功能基团修饰的四氧化三铁磁性纳米颗粒、锰锌铁氧化纳米晶等；其中，功能基团可以是羧基、氨基、聚乙烯亚胺、油酸、二氧化硅等，例如，二氧化硅修饰的四氧化三铁磁性纳米颗粒、氨基化三氧化二铁磁性纳米颗粒等。
在本申请的所述合金材料中，钯(Pd)是作为催化元素，镓(Ga)和铟(In)则用于降低所述合金材料的熔点。同时，所述钯的含量不低于35％是为了保证石墨烯的催化生长效率。
本申请还提供上述合金材料在于透光基材或反光基材表面上原位生长单层石墨烯中的应用。本领域技术人员可以理解的是，所述透光基材可以例如一透光玻璃，而所述反光基材则可以例如一镜面基材。
在一些实施例中，在上述应用中，所述合金材料作为催化剂。尤其是，在上述应用中，以液态的所述合金材料作为催化剂。
本申请还提供一种防水雾处理方法，是通过化学气相沉积法，以上述合金材料为催化剂并以甲烷作为碳源，在一基材的至少一表面上原位生长一单层石墨烯。
在一些实施例中，所述合金材料在石墨烯的生长过程中呈液态。
在一些实施例中，所述防水雾处理方法的工艺温度为300～400℃。
在一些实施例中，所述防水雾处理方法的工艺时间为20～30秒。
在一些实施例中，所述防水雾处理方法还包括：在所述单层石墨烯上形成至少一改性涂层，所述改性涂层具有超疏水性。所述改性涂层可以是一聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层。
在一些实施例中，所述基材为透光基材或反光基材。
在本申请中，通过所述合金材料的各组分设计，使得所述合金材料的熔融温度不高于400℃，因而可以确保石墨烯生长在较低温度下(玻璃镜面容忍的温度)进行。同时，在本申请中，利用所述合金材料的低熔融温度，提供了一种低温原位生长单层石墨烯的防水雾处理方法。同时，在本申请中，通过利用碳原子在所述液态合金中的扩散速率是固体合金的100倍以上，从而使得在化学气相沉积法的气氛中的碳原子可以快速通过作为催化剂的所述合金材料而沉积到基材表面，以缩短化学气相沉积的时间。此外，所述合金材料的液态化确保了合金材料内的原子结构各向同性，确保最终生长的单层石墨烯涂层结构完整，分布均匀。
因此，在本申请中，相较于现有技术的超高温石墨烯的原位生长方法，以300℃～400℃低温工艺温度范围即可以高效且均匀地在基材表面，尤其是透明玻璃或镜面上生长单层石墨烯。此外，在本申请中，所述合金材料还可以加入一些磁性颗粒，可以非接触方式下驱动液态合金在玻璃表面流动，确保石墨烯均匀涂覆。
本申请以液态合金材料催化为技术路线，实现了在低温下以原位生长的方式，较为高效地在玻璃表面生长石墨烯，该技术下石墨烯涂层与玻璃的结合力优异，不易脱落。研究表明，本发明所述方法获得的单层石墨烯不会影响玻璃透光度，因此不会削弱透明玻璃或镜面的使用效果。
具体实施方式
以下，结合具体实施方式，对本发明的技术进行详细描述。应当知道的是，以下具体实施方式仅用于帮助本领域技术人员理解本发明，而非对本发明的限制。
实施例1.合金材料
在本实施例中，提供合金材料1～3。所述合金材料的具体配方如表1所示。
表1.合金材料1～合金材料3的组份
合金材料 Ga(％) In(％) Pd(％)
合金材料1 58 7 35
合金材料2 50 10 40
合金材料3 48 7 45
此外，在上述合金材料1、合金材料2和合金材料3中，还可以根据需要加入磁性颗粒。所述磁性颗粒的质量体积比为10～30％。所述磁性颗粒的粒径范围为1nm～10μm。所述磁性颗粒是用于液态合金的非接触方式下驱动液态合金在玻璃表面流动，确保石墨烯均匀涂覆。因此，本领域中任意市售的磁性颗粒均可以适用，例如本领域中已有市售的磁性纳米材料，例如但不限于：氧化铁磁性纳米颗粒、功能基团修饰的三氧化二铁磁性纳米颗粒、功能基团修饰的四氧化三铁磁性纳米颗粒、锰锌铁氧化纳米晶等；其中，功能基团可以是羧基、氨基、聚乙烯亚胺、油酸、二氧化硅等，例如，二氧化硅修饰的四氧化三铁磁性纳米颗粒、氨基化三氧化二铁磁性纳米颗粒等。
实施例2.防水雾处理方法
在本实施例中，一种防水雾处理方法，所述防水雾处理方法是通过化学气相沉积法，以上述合金材料1～合金材料3分别作为为催化剂，并以甲烷作为碳源，在一基材的至少一表面上原位生长一单层石墨烯。所述合金材料在石墨烯的生长过程中呈液态。合金材料与防水雾处理方法方法的工艺温度和工艺时间的对应关系请见表2。
表2.合金材料及防水雾处理方法的工艺温度及处理时间
合金材料 Ga(％) In(％) Pd(％) 催化生长温度(℃) 时间(s)
合金材料1 58 7 35 320 30
合金材料2 50 10 40 350 28
合金材料3 48 7 45 395 24
由表2可见，随着作为催化元素钯(Pd)的含量的增加，是石墨烯的生长时间变短。而，镓(Ga)和铟(In)的含量变化，尤其是镓(Ga)对于降低所述合金材料的熔点有明显效果。
所述防水雾处理方法的工艺温度为300～400℃。即，在300～400℃下对所述石墨烯的进行化学气相沉积。该温度远低于绝大部分透光基材或反光基材，尤其是透光玻璃或镜面的容忍温度，从而不会对防水雾处理的基材产生不良影响。
当然，本领域技术人员可以想到的是，在所述单层石墨烯上形成至少一改性涂层，使其具有更好的超疏水性。在本申请中，所述改性涂层可以是本领域常规的疏水性涂层，例如但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)，也可以是本领域已知的加热薄膜，可以通过加热方式进一步增强防水雾效果。
本申请以液态合金材料催化为技术路线，实现了在低温下以原位生长的方式，较为高效地在玻璃表面生长石墨烯，该技术下石墨烯涂层与玻璃的结合力优异，不易脱落。研究表明，本发明所述方法获得的单层石墨烯不会影响玻璃透光度，因此不会削弱透明玻璃或镜面的使用效果。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种合金材料，其特征在于，所述合金材料按质量百分数包括：镓45％～65％；铟5％～15％；以及，余量为钯。
2.如权利要求1所述的合金材料，其特征在于，所述合金材料的熔点为300～400℃。
3.如权利要求1所述的合金材料，其特征在于，所述合金材料还包括磁性颗粒，所述磁性颗粒的质量体积比为10～30％。
4.如权利要求1所述的合金材料在于透光基材或反光基材上原位生长单层石墨烯中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述合金材料作为催化剂。
6.一种防水雾处理方法，其特征在于，所述防水雾处理方法是通过化学气相沉积法，以权利要求1所述的合金材料为催化剂并以甲烷作为碳源，在一基材的至少一表面上原位生长一单层石墨烯。
7.如权利要求6所述的防水雾处理方法，其特征在于，所述合金材料在石墨烯的生长过程中呈液态。
8.如权利要求6所述的防水雾处理方法，其特征在于，所述防水雾处理方法的工艺温度为300～400℃。
9.如权利要求6所述的防水雾处理方法，其特征在于，所述防水雾处理方法还包括：在所述单层石墨烯上形成至少一改性涂层，所述改性涂层具有超疏水性。
10.如权利要求6所述的防水雾处理方法，其特征在于，所述基材为透光基材或反光基材。
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