WO2022231460A1 - Материал с покрытием, нанесенным лазером - Google Patents
Материал с покрытием, нанесенным лазером Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022231460A1 WO2022231460A1 PCT/RU2021/000381 RU2021000381W WO2022231460A1 WO 2022231460 A1 WO2022231460 A1 WO 2022231460A1 RU 2021000381 W RU2021000381 W RU 2021000381W WO 2022231460 A1 WO2022231460 A1 WO 2022231460A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- solution
- equal
- laser
- silver nanoparticles
- laser radiation
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 36
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000004148 curcumin Substances 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 230000003253 viricidal effect Effects 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 1
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/14—Decomposition by irradiation, e.g. photolysis, particle radiation or by mixed irradiation sources
Definitions
- This utility model relates to the field of materials science, in particular, to materials with improved strength and virucidal properties, more specifically, to a material with a laser-applied coating that improves the performance properties of the material.
- a disadvantage of the known material disclosed in WO 2010117371 is that such a known material loses its performance properties relatively quickly, which reduces its service life.
- the rapid loss of performance properties of the material disclosed in WO JN 2010117371 is due to the fact that such a known material may have structural damage (for example, burned areas, melted areas and / or the like) resulting from coating on the specified material under the influence of laser radiation with excessive or insufficient power density, and / or as a result of insufficient or excessive concentration of silver nanoparticles in the solution deposited on the material, subjected to laser processing to obtain the specified coating, and may also have irregularities in the region of the coating deposited on the material ( e.g. protrusions, bulges, thickened areas, notches, depressions, thinned areas and/or the like).
- the technical problem solved by the present utility model is to provide a laser-coated material that at least partially eliminates the above disadvantage of the known laser-coated material, which ultimately consists in its insufficient service life.
- the object of the present invention is to provide a laser-coated material that solves at least the above-described technical problem of providing a laser-coated material having a long service life.
- the laser-coated material according to the present utility model provides a general technical result, which consists in increasing the effectiveness of the coating on the specified material, in particular, by providing an optimal ratio between the power density of the laser radiation, as a result of which the material was coated on the solution, and the amount silver nanoparticles in solution, which are deposited on the surface of the specified material as a result of their ionization by the specified laser radiation, which makes it possible to ionize silver nanoparticles without damaging the structure of the material itself, thereby increasing the strength of the specified material, and imparting virucidal properties to the specified material.
- the accompanying drawing which is provided to provide a better understanding of the nature of the present utility model, forms part of and is included herein to illustrate the embodiments and aspects of the present utility model described below.
- the drawing shows a sectional view of a laser-coated material according to the present utility model, where it is indicated: 10 - material provided with a coating 20.
- the drawing shows a material 10 provided with a coating 20 deposited on the working surface of the material 10 by exposing a suspension or solution with a given composition applied to one of the surfaces of the material 10 with laser radiation with a given density ( P ) of the laser radiation.
- P a density of the laser radiation.
- the material 10 may be a woven material, a nonwoven material, a fibrous material, a hard material, an elastic material, or any other known material that is suitable for coating using laser radiation (with giving, in particular, such material of virucidal properties, improved electrical conductivity and/or reduced abrasion). It should also be noted that any laser known from the prior art can be used as a laser, which is configured to generate laser radiation with a wavelength of 1064 nm.
- the solution may be applied to at least part of the surface of the material 10 on one of its two opposite sides. In another embodiment of the present utility model, the solution may be applied to at least a portion of the surface of the material 10 on each of its two opposite sides. In yet another embodiment of the present utility model, the solution may be applied to the entire surface of the material 10 on one or each of its two opposite sides.
- the solution with a given composition, applied to the material 10, is a suspension consisting of an aqueous base and silver (Ag) nanoparticles, while the aqueous base has the following component composition in a given mass ratio (wt.%): 1 wt.% thickener, 5 wt.% glycerol and 94 wt.% distilled water.
- wt.% mass ratio
- silver nanoparticles for example, silver nanoparticles obtained by any known method and having a particle size in the range from 70 nm to 150 nm can be used.
- the thickener in the aqueous base of the solution applied to the material 10 may be xanthan gum, hydroxyethyl cellulose, or any other similar substance suitable for holding the solution on the surface of the material to be laser treated.
- Glycerin which is also used in the composition of the base solution applied to the material 10, promotes uniform distribution of the thickener in the specified solution and prevents the specified solution from drying out, which in turn allows a more uniform distribution of the solution over the laser-treated surface 20 of the material 10 when applied to it. solution.
- the authors of the present utility model have found that the above composition of the solution deposited on the material 10 makes it possible to provide an optimal ratio between the given laser radiation power density for processing the solution deposited on the material and the amount of silver nanoparticles in such a solution processed by the laser, which in turn makes it possible to effectively carry out the process of ionization of silver nanoparticles, also included in the specified solution in an amount that can be calculated using the formula (1) below, without damaging the structure of the material 10 itself and/or forming an uneven coating on the surface of the material 10, i.e. allows you to effectively apply the coating 20 to the material 10.
- the amount ( m Ag ) of silver nanoparticles (in percentage terms, %) in the above solution generally depends on the calculated concentration ( C Ag ) of silver nanoparticles in the specified solution and can be determined using the following formula: m Ag ⁇ u003d (0.5 C Ag + C) E - 100%, (1) where: C is the initial concentration of nanosilver particles, equal to 0.083 g / cm , E is the transition coefficient , equal to 1 cm/g, C Ag is the calculated concentration of silver nanoparticles (g/cm).
- composition of the solution applied to the laser-processed material 10 essentially depends on the percentage (m Ag ) of silver nanoparticles in said solution, determined by formula (1), while the base with the above composition is essentially represented in said solution by the residual principle, in particular in percentage ( t b ), defined as follows: t ⁇ u003d 100% - m Ag .
- the calculated concentration ( C Ag ) of silver nanoparticles in the above solution, used in formula (1) to determine the amount ( m Ag ) of silver nanoparticles in said solution generally depends on the desired surface density ( psurj ) and can be determined using the following formula: where: C Ag min - the minimum concentration of silver nanoparticles in solution, equal to 0.04 g/cm , p sur f - the required surface density, having a value selected from the range from 0.0020 g/cm to 0.025 g/cm 2 (this the range of values obtained experimentally for various materials and various directions of their use), and
- this solution on the surface of the material 10 must be processed by a laser beam or laser radiation with the required density ( P ) of the laser radiation power.
- the required density (P) of the laser power that is applied to the solution also generally depends on the required area density (p surj) and can be determined using the following formula: where: ⁇ revision ⁇ is the minimum required laser power density equal to 12.75 10 W/cm evaporation), b is the treatment factor of silver nanoparticles, equal to 10 W/g.
- the value of the required density (P) of the laser radiation power should be in the range from 12.75 ⁇ 10 3 W/cm 2 to 17-10 3 W/cm 2 .
- the material 10 may be damaged, in particular burnt or melted, and laser radiation with a too or excessively low value of the required density
- the formulas (1-3) described above make it possible to obtain the optimal ratio between the power density of laser radiation, as a result of which the coating 20 of the material was obtained on the solution, and the amount of silver nanoparticles in the solution that are deposited on the surface of the material 10 as a result of their ionization by the specified laser radiation, which in turn makes it possible not only to ionize silver nanoparticles without damaging the structure of the material itself, thereby increasing the strength of the material 10, but also to impart virucidal properties to the material 10.
- the method of coating 20 on material 10 comprises the following main steps, according to which:
- step (sh) applying the solution prepared in step (i) in an even and uniform layer to the treated surface of the material 10;
- step (v) carrying out the processing of the solution applied in step (III) on the surface of the material 10 to be treated, using the laser device selected in step (iv), by exposing the laser radiation generated by the specified device to the specified solution, which allows the evaporation of the water base solution and ionization of silver nanoparticles, as a result of which the said silver nanoparticles settle on the surface of the material 10 (i.e., the process of silver nanoparticles deposition on the treated surface takes place) to ensure their adhesion to the specified surface.
- the laser radiation allows you to locally and accurately apply the coating 10 to the specified surface.
- the process of deposition of silver nanoparticles on the treated surface and the process of ionization of silver nanoparticles by laser radiation in accordance with the above method of coating the surface of the material also gives the specified material virucidal properties, increases its electrical conductivity and/or reduces its abrasion during operation ( i.e. increases its strength). It should also be noted that the process of deposition of nanoparticles on the treated surface and the process of ionization of silver nanoparticles by laser radiation in accordance with the above method of coating the surface of the material also allows local restoration of damaged areas of the coating previously applied to the material 10.
- each area of the surface of the material (or each unit surface area of the material) with the solution applied to it can be treated twice with laser radiation, in particular, in two laser passes perpendicular in direction (i.e., in two passes , carried out at an angle of 90 degrees with respect to each other), which increases the efficiency of processing, since the power distribution in the cross section of the laser beam is inhomogeneous (accepted in accordance with the Gaussian distribution), and the processed material, in particular fabric, may have some waviness.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Предложен материал с нанесенным лазером покрытием, полученным при воздействии лазерным излучением на раствор, нанесенный на указанный материал, при этом раствор состоит из основы, содержащей 1 масс. % загустителя, 5 масс. % глицерина и 94 масс. % дистиллированной воды, и наночастиц серебра, процентное количество (mAg) которых в растворе определяется соотношением: m Ag = (0,5 · C Ag +С) · Е · 100%, где: С - начальная концентрация частиц наносеребра, равная 0,083 г/см3; Е - переходный коэффициент, равный 1 см3/г; C Ag - расчетная концентрация наночастиц серебра (г/см3), определяемая соотношением: C Ag = C Ag_min + α · ρ surf , где: C Ag_min - минимальная концентрация наночастиц серебра в растворе, равная 0,04 г/см3; ρ surf - требуемая поверхностная плотность, равная от 0,0020 г/см2 до 0,025 г/см2; α - коэффициент нанесения суспензии, равный 40 см-1; при этом длина волны лазерного излучения составляет 1064 нм, а требуемая плотность (Р) мощности лазерного излучения определяется соотношением: Р = P min + b · ρ surf , где: P min - минимальная требуемая плотность мощности лазерного излучения, равная 12,75 · 103 Вт/см2; b - коэффициент обработки наночастиц серебра, равный 103 Вт/г.
Description
МАТЕРИАЛ С ПОКРЫТИЕМ, НАНЕСЕННЫМ ЛАЗЕРОМ
Область техники
Настоящая полезная модель относится к области материаловедения, в частности, к материалам с улучшенными прочностью и вирулицидными свойствами, конкретнее к материалу с нанесенным лазером покрытием, обеспечивающим улучшение эксплуатационных свойств материала.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время известны различные материалы с улучшенными свойствами, используемые в различных областях техники, например в медицине, машиностроении, машиноведении, мехатронике, робототехнике, сварочном деле, материаловедении, авиационной технике, летательных аппаратах, приборостроении, радиотехнике, радиолокации, радионавигации, электронике и т.п.
Один из опубликованных примеров материала с нанесенным лазером покрытием описан в международной заявке WO N°2010117371, опубликованной 14.10.2010 по индексам МПК B41J3/407, B41J2/01 и Н05КЗ/14, где раскрыт материал с нанесенным лазером покрытием, полученным при воздействии лазерным излучением на раствор, нанесенный на указанный материал, и содержащий водную основу и наночастицы серебра.
Недостаток известного материала, раскрытого в WO 2010117371, заключается в том, что такой известный материал относительно быстро теряет свои эксплуатационные свойства, что уменьшает срок его службы. Быстрая потеря материалом, раскрытым в WO JN 2010117371, своих эксплуатационных свойств обусловлена тем, что такой известный материал может иметь структурные повреждения (например, прожженные участки, оплавленные участки и/или т.п.), появившиеся в результате нанесения покрытия на
указанный материал под действием лазерного излучения с чрезмерной или недостаточной плотностью мощности, и/или в результате недостаточной или чрезмерной концентрации наночастиц серебра в нанесенном на материал растворе, подвергаемом лазерной обработке для получения указанного покрытия, а также может иметь неровности в области нанесенного на материал покрытия (например, выступы, выпуклости, утолщенные участки, выемки, углубления, утончённые участки и/или т.п.).
Таким образом, очевидна потребность в дальнейшем совершенствовании материалов с нанесенным лазером покрытием, в частности, для повышения срока службы таких материалов.
Следовательно, техническая проблема, решаемая настоящей полезной моделью, состоит в создании материала с нанесенным лазером покрытием, в котором, по меньшей мере, частично устранен обозначенный выше недостаток известного материала с нанесенным лазером покрытием, заключающийся, в конечном итоге, в его недостаточном сроке службы.
Раскрытие сущности полезной модели
Задача настоящей полезной модели состоит в создании материала с нанесенным лазером покрытием, решающего, по меньшей мере, обозначенную выше техническую проблему, состоящую в создании материала с нанесенным лазером покрытием, имеющего длительный срок службы.
Поставленная задача решена в настоящей полезной модели благодаря тому, что в предложенном материале с нанесенным лазером покрытием, полученным при воздействии лазерным излучением на раствор, нанесенный на указанный материал, указанный раствор состоит из водной основы, содержащей 1 масс.% загустителя, 5 масс.% глицерина и 94 масс.% дистиллированной воды, и наночастиц
серебра, количество ( mAg ) которых в растворе определяется соотношением: mAg = (0,5 · CAg + С) · Е · 100%, где: С - начальная концентрация частиц наносеребра, равная 0,083 г/см , Е - переходный коэффициент, равный 1 см3/г, CAg - расчетная концентрация наночастиц серебра (г/см ), определяемая соотношением: CAg = CAg min + « Psurfo где: CAg min - минимальная концентрация наночастиц серебра в растворе, равная 0,04 г/см , psurf - требуемая поверхностная плотность, равная от 0,0020 г/см2 до 0,025 г/см2, а - коэффициент нанесения суспензии, равный 40 см 1, при этом длина волны лазерного излучения составляет 1064 нм, требуемая плотность ( Р ) мощности лазерного излучения определяется соотношением: Р = Pmin + Ь · р5иф где: Pmin - минимальная требуемая плотность мощности лазерного излучения, равная 12,75 · 10 Вт/см , b - коэффициент обработки наночастиц серебра, равный 10 Вт/г.
Материал с нанесенным лазером покрытием согласно настоящей полезной модели обеспечивает общий технический результат, заключающийся в повышении эффективности покрытия на указанном материале, в частности, за счет обеспечения оптимального соотношения между плотностью мощности лазерного излучения, в результате воздействия которого на раствор было получено покрытие материала, и количеством наночастиц серебра в растворе, которые осаждаются на поверхность указанного материала в результате их ионизации указанным лазерным излучением, что позволяет ионизировать наночастицы серебра без повреждения структуры самого материала, повышая тем самым прочность указанного материала, и придать указанному материалу вирулицидные свойства.
Краткое описание чертежа
Прилагаемый чертеж, который приведен для обеспечения лучшего понимания сущности настоящей полезной модели, з
составляет часть настоящего документа и включен в него для иллюстрации нижеописанных вариантов реализации и аспектов настоящей полезной модели. На чертеже показан вид в разрезе материала с нанесенным лазером покрытием согласно настоящей полезной модели, где обозначено: 10 - материал, снабженный покрытием 20.
Лучший вариант осуществления полезной модели
Ниже описаны некоторые примеры возможных вариантов реализации настоящей полезной модели, при этом не следует считать, что приведенное ниже описание определяет или ограничивает объем реализации настоящей полезной модели.
На чертеже показан материал 10, снабженный покрытием 20, нанесенным на рабочую поверхность материала 10 путем воздействия лазерным излучением с заданной плотностью ( Р ) мощности лазерного излучения на суспензию или раствор с заданным составом, нанесенным на одну из поверхностей материала 10. При этом указанное лазерное излучение может быть сформировано или сгенерировано любым известным лазером или любой известной лазерной установкой, которые выполнены с обеспечением возможности регулирования или настройки характеристик генерируемого лазерного излучения и которые способны генерировать лазерное излучение (лазерный луч) с длиной волны 1064 нм.
Следует отметить, что в качестве материала 10 может быть использован тканый материал, нетканый материал, волокнистый материал, твердый материал, эластичный материал или любой другой известный материал, который подходит для нанесения на него покрытия с использованием лазерного излучения (с приданием, в частности, такому материалу вирулицидных свойств, улучшенной
электропроводимости и/или уменьшенной истираемости). Следует также отметить, что в качестве лазера может быть использован любой известный из уровня техники лазер, выполненный с возможностью его настройки и генерирующий лазерное излучение с длиной волны 1064 нм.
В одном из вариантов реализации настоящей полезной модели раствор может быть нанесен, по меньшей мере, на часть поверхности материала 10 с одной из его двух противоположных сторон. В другом варианте реализации настоящей полезной модели раствор может быть нанесен, по меньшей мере, на часть поверхности материала 10 с каждой из его двух противоположных сторон. Еще в одном варианте реализации настоящей полезной модели раствор может быть нанесен на всю поверхность материала 10 с одной или каждой из его двух противоположных сторон.
Раствор с заданным составом, нанесенный на материал 10, представляет собой суспензию, состоящую из водной основы и наночастиц серебра (Ag), при этом водная основа имеет следующий компонентный состав в заданном массовом соотношении (масс.%): 1 масс.% загустителя, 5 масс.% глицерина и 94 масс.% дистиллированной воды. В качестве наночастиц серебра могут быть использованы, например, наночастицы серебра, полученные любым известным способом и имеющие крупность в диапазоне от 70 нм до 150 нм. Следует отметить, что в настоящей полезной модели отсутствует необходимость в пропитывании вышеописанным раствором всего материала 10, обрабатываемого лазерным излучением для формирования покрытия на рабочей поверхности, при этом используемый для формирования покрытия раствор может быть, как предварительно нанесен на участок формирования покрытия на
поверхности материала, так и нанесен непосредственно перед обработкой лазером указанного участка поверхности материала.
В качестве загустителя, входящего в состав водной основы раствора, нанесенный на материал 10, может быть использована ксантановая камедь, гидроксиэтилцеллюлоза или любое другое аналогичное вещество, подходящее для удержания раствора на обрабатываемой лазером поверхности материала. Глицерин, который также используется в составе основы раствора, нанесенного на материал 10, способствует равномерному распределению загустителя в указанном растворе и предотвращает высыхание указанного раствора, что в свою очередь обеспечивает возможность более равномерного распределения раствора по обрабатываемой лазером поверхности 20 материала 10 при нанесении на нее указанного раствора. Авторами настоящей полезной модели было обнаружено, что вышеуказанный состав раствора, нанесенного на материал 10, позволяет обеспечить оптимальное соотношение между заданной плотностью мощности лазерного излучения для обработки нанесенного на материал раствора и количеством наночастиц серебра в таком обрабатываемом лазером растворе, что в свою очередь позволяет эффективно осуществить процесс ионизации наночастиц серебра, также входящих в указанных раствор в количестве, которое может быть рассчитано с использованием приведенной ниже формулы (1), без повреждения структуры самого материала 10 и/или формирования неравномерного покрытия на поверхности материала 10, т.е. позволяет эффективно нанести покрытие 20 на материал 10.
Количество ( mAg ) наночастиц серебра (в процентном выражении, %) в вышеописанном растворе в целом зависит от расчетной концентрации ( CAg ) наночастиц серебра в указанном
растворе и может быть определено с использованием следующей формулы: mAg = (0,5 · CAg+ С) Е - 100%, (1) где: С - начальная концентрация частиц наносеребра, равная 0,083 г/см , Е - переходный коэффициент, равный 1 см /г, CAg - расчетная концентрация наночастиц серебра (г/см ).
Таким образом, состав раствора, наносимого на обрабатываемый лазером материал 10, по сути, зависит от процентного количества (mAg) наночастиц серебра в указанном растворе, определяемого по формуле (1), при этом основа с вышеописанным составом по сути представлена в указанном растворе по остаточному принципу, в частности в процентном количестве ( ть ), определяемом следующим образом: ть = 100% - mAg.
Расчетная концентрация ( CAg ) наночастиц серебра в вышеописанном растворе, используемая в формуле (1) для определения количества ( mAg ) наночастиц серебра в указанном растворе, в целом зависит от требуемой поверхностной плотности ( psurj ) и может быть определена с использованием следующей формулы:
где: CAg min - минимальная концентрация наночастиц серебра в растворе, равная 0,04 г/см , psurf- требуемая поверхностная плотность, имеющая значение, выбранное из диапазона от 0,0020 г/см до 0,025 г/см2 (этот диапазон значений получен экспериментальным путем для различных материалов и различных направлений их использования), а
- коэффициент нанесения суспензии, равный 40 см 1.
Авторами также было обнаружено, что для обеспечения возможности эффективного осуществления процесса ионизации наночастиц серебра с одновременным обеспечением оптимального
соотношения между заданной плотностью мощности лазерного излучения, используемого для обработки нанесенного на материал раствора, и количеством ( mAg ) наночастиц серебра в таком обрабатываемом лазером растворе, определенном по формуле (1), указанный раствор на поверхности материала 10 должен быть подвергнут обработке лазерным лучом или лазерным излучением с требуемой плотностью ( Р ) мощности лазерного излучения.
Требуемая плотность (Р) мощности лазерного излучения, которым воздействует на раствор, в целом также зависит от требуемой поверхностной плотности (psurj и может быть определена с использованием следующей формулы:
где: Ртш - минимальная требуемая плотность мощности лазерного излучения, равная 12,75 10 Вт/см (т.е. то значение плотности мощности лазерного излучения, которое способно обеспечить надлежащее влияние или воздействие на основу, входящую в состав раствора, с обеспечением ее испарения), Ъ - коэффициент обработки наночастиц серебра, равный 10 Вт/г.
В предпочтительном варианте реализации настоящей полезной модели значение требуемой плотности (Р) мощности лазерного излучения, рассчитанное по формуле (3), должно находиться в диапазоне от 12,75· 103 Вт/см2 до 17- 103 Вт/см2.
Следует отметить, что при слишком или чрезмерно высоком значении требуемой плотности (Р) мощности лазерного излучения, которым воздействует на раствор, материал 10 может быть поврежден, в частности прожжен или оплавлен, а лазерное излучение со слишком или чрезмерно низким значением требуемой плотности
(Р) мощности лазерного излучения, по сути, не обеспечит надлежащую лазерную обработку наночастиц серебра в растворе и,
следовательно, не обеспечит возможность эффективной ионизации наночастиц серебра на поверхности материала 10, на которую они нанесены в составе раствора.
Таким образом, вышеописанные формулы (1-3) позволяют получить оптимальное соотношение между плотностью мощности лазерного излучения, в результате воздействия которого на раствор было получено покрытие 20 материала, и количеством наночастиц серебра в растворе, которые осаждаются на поверхность материала 10 в результате их ионизации указанным лазерным излучением, что в свою очередь позволяет не только ионизировать наночастицы серебра без повреждения структуры самого материала, повысив тем самым прочность материала 10, но и придать материалу 10 вирулицидные свойства.
Способ нанесения покрытия 20 на материал 10 содержит следующие основные этапы, согласно которым:
(i) обеспечивают наличие или берут любой необходимый тканый или нетканый материал, на поверхность которого должно быть нанесено покрытие с использованием лазерного излучения;
(п) выбирают значение требуемой поверхностной плотности в зависимости от типа выбранного материала и направления его использования и приготавливают раствор путем смешивания основы с вышеописанным компонентным составом и наночастиц серебра, процентное количество которых в указанном растворе определяют с использованием приведенных выше формулы (1) и формулы (2);
(ш) ровным и однородным слоем наносят раствор, приготовленный на этапе (и), на обрабатываемую поверхность материала 10;
(iv) обеспечивают наличие или берут известную в уровне техники лазерную установку с подходящими характеристиками, и
задают мощность этой лазерной установки с учетом значения требуемой плотности (Р) мощности лазерного излучения, определенного по приведенной выше формуле (3);
(v) осуществляют обработку раствора, нанесенного на этапе (Ш) на обрабатываемую поверхность материала 10, с использованием лазерной установки, выбранной на этапе (iv), путем воздействия лазерного излучения, генерируемого указанной установкой, на указанный раствор, что обеспечивает возможность испарения водной основы раствора и ионизацию наночастиц серебра, в результате которой указанные наночастицы серебра оседают на поверхность материала 10 (т.е. происходит процесс осаждения наночастиц серебра на обрабатываемую поверхность) с обеспечением их адгезии к указанной поверхности. Следует отметить, что в процессе ионизации наночастиц серебра лазерным излучением не происходит деформации или нагрева материала 10, поскольку все процессы происходят исключительно в приповерхностном слое материала 10. Следует также отметить, что процесс обработки материала 10 с нанесенным на его поверхность раствором с вышеописанным составом, с использованием лазерного излучения, позволяет локально и прецизионно наносить покрытие 10 на указанную поверхность.
Промышленная применимость Следует отметить, что процесс осаждения наночастиц серебра на обрабатываемую поверхность и процесс ионизации наночастиц серебра лазерным излучением в соответствии с вышеописанным способом нанесения покрытия на поверхность материала также придает указанному материалу вирулицидные свойства, повышает его электропроводимость и/или уменьшает его истирание в процессе эксплуатации (т.е. повышает его прочность).
Следует также отметить, что процесс осаждения наночастиц на обрабатываемую поверхность и процесс ионизации наночастиц серебра лазерным излучением в соответствии с вышеописанным способом нанесения покрытия на поверхность материала также позволяет осуществлять локальное восстановление поврежденных участков покрытия, ранее нанесенного на материал 10.
В одном из вариантов реализации настоящей полезной модели каждый участок поверхности материала (или каждая единица площади поверхности материала) с нанесенным на него раствором может быть дважды обработан лазерным излучением, в частности, за два перпендикулярных по направленности прохода лазера (т.е. за два прохода, осуществленных под углом 90 градусов по отношению друг к другу), что повышает эффективность обработки, поскольку распределение мощности в поперечном сечении лазерного пучка является неоднородным (принято в соответствии с распределением Гаусса), а обрабатываемый материал, в частности ткань, может иметь некоторую волнистость.
Представленные варианты осуществления, примеры и описание служат лишь для обеспечения понимания заявляемого технического решения и не являются ограничивающими. Другие возможные варианты осуществления будут ясны специалисту из представленного описания. Объем настоящей полезной модели ограничен лишь прилагаемой формулой полезной модели.
Claims
ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Материал с покрытием, нанесенным лазером, полученным при воздействии лазерным излучением на раствор, содержащий водную основу и наночастицы серебра, нанесенный на указанный материал, отличающийся тем, что раствор состоит из водной основы, содержащей 1 масс.% загустителя, 5 масс.% глицерина и 94 масс.% дистиллированной воды, и наночастиц серебра, количество ( mAg ) которых в растворе определяется соотношением: mAg = (0,5 · CAg + С) · Е · 100%, где: С - начальная концентрация частиц наносеребра, равная 0,083 г/см3;
Е - переходный коэффициент, равный 1 см3/г;
CAg - расчетная концентрация наночастиц серебра (г/см3), определяемая соотношением:
где. CAg min - минимальная концентрация наночастиц серебра в растворе, равная 0,04 г/см3;
Psurf - требуемая поверхностная плотность, равная от 0,0020 г/см2 до 0,025 г/см2; а - коэффициент нанесения суспензии, равный 40 см 1, при этом длина волны лазерного излучения составляет 1064 нм, а требуемая плотность ( Р ) мощности лазерного излучения определяется соотношением:
Р Pmin b Psurf 5 где.
Pmin - минимальная требуемая плотность мощности лазерного излучения, равная 12,75 · 103 Вт/см2;
Ъ - коэффициент обработки наночастиц серебра, равный 103 Вт/г.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021112212 | 2021-04-28 | ||
| RU2021112212 | 2021-04-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022231460A1 true WO2022231460A1 (ru) | 2022-11-03 |
Family
ID=83848441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2021/000381 WO2022231460A1 (ru) | 2021-04-28 | 2021-09-06 | Материал с покрытием, нанесенным лазером |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2022231460A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010117371A1 (en) * | 2009-04-10 | 2010-10-14 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Energy activated film and method of making the same |
| RU2471634C2 (ru) * | 2007-08-25 | 2013-01-10 | Монди Аг | Оптически-термически надписываемое нанопокрытие |
| RU2505889C2 (ru) * | 2008-06-18 | 2014-01-27 | Басф Се | Способ изготовления электродов для солнечных батарей |
| RU2532949C2 (ru) * | 2008-05-16 | 2014-11-20 | Байер Интеллектуэль Проперти Гмбх | Печатная композиция для получения электропроводных покрытий на основе диспергируемых в воде частиц серебра, ее применение для получения электропроводных покрытий, способ получения токопроводящих дорожек и субстрат с электропроводным покрытием |
| EP3560636A1 (en) * | 2016-12-20 | 2019-10-30 | Toyo Seikan Group Holdings, Ltd. | Metal microparticles, and dispersion liquid containing metal microparticles and method for producing same |
-
2021
- 2021-09-06 WO PCT/RU2021/000381 patent/WO2022231460A1/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471634C2 (ru) * | 2007-08-25 | 2013-01-10 | Монди Аг | Оптически-термически надписываемое нанопокрытие |
| RU2532949C2 (ru) * | 2008-05-16 | 2014-11-20 | Байер Интеллектуэль Проперти Гмбх | Печатная композиция для получения электропроводных покрытий на основе диспергируемых в воде частиц серебра, ее применение для получения электропроводных покрытий, способ получения токопроводящих дорожек и субстрат с электропроводным покрытием |
| RU2505889C2 (ru) * | 2008-06-18 | 2014-01-27 | Басф Се | Способ изготовления электродов для солнечных батарей |
| WO2010117371A1 (en) * | 2009-04-10 | 2010-10-14 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Energy activated film and method of making the same |
| EP3560636A1 (en) * | 2016-12-20 | 2019-10-30 | Toyo Seikan Group Holdings, Ltd. | Metal microparticles, and dispersion liquid containing metal microparticles and method for producing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1854903B1 (de) | Verfahren zur Herstellung verschleißfester Beschichtungen auf einem Metallgrundkörper | |
| US20210237203A1 (en) | Self-driven water collecting surface with superhydrophobic-superhydrophilic structure and method for preparing the same | |
| EP2516322B1 (de) | Verfahren zur herstellung von konusförmigen nanostrukturen auf substratoberflächen | |
| DE60036262T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Polymer-Partikeln Komposit | |
| US20070116950A1 (en) | Electrophoretically deposited hydrophilic coatings for fuel cell diffuser/current collector | |
| Zhang et al. | Achieving of bionic super-hydrophobicity by electrodepositing nano-Ni-pyramids on the picosecond laser-ablated micro-Cu-cone surface | |
| Kazee et al. | Evidence for the presence of a thin carbon-particle layer on polished glassy carbon electrodes | |
| EP1725398A1 (de) | Haftfester verbund und verfahren zur herstellung | |
| WO2022231460A1 (ru) | Материал с покрытием, нанесенным лазером | |
| RU205550U1 (ru) | Материал с нанесенным лазером покрытием | |
| Verma et al. | Fabrication of durable superhydrophilic silicon surfaces using nanosecond laser pulses | |
| Elias et al. | ZnO nanowires, nanotubes, and complex hierarchical structures obtained by electrochemical deposition | |
| US20060043862A1 (en) | Method of manufacturing field emitter electrode using carbon nanotube nucleation sites and field emitter electrode manufactured thereby | |
| EP2516692A1 (de) | Verfahren zum beschichten eines substrats mit aluminiumdotiertem zinkoxid | |
| CN110552038B (zh) | 一种超疏水材料及其制备方法 | |
| JP3989148B2 (ja) | 金属微粒子の光固定化方法 | |
| Abdelsalam | Surface enhanced raman scattering of aromatic thiols adsorbed on nanostructured gold surfaces | |
| DE102011120893B3 (de) | Elektrodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| RU2613553C2 (ru) | Способ создания медных покрытий с развитой поверхностью | |
| JP7248514B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ材の製造方法 | |
| Antonova | Forming of porous composites with Ti powder by self-assembly of particles in polymer suspensions for creating functional materials | |
| Ibrahim et al. | Improvement Silicon Nanostructured Surface by Laser Induced Etching Process | |
| DE1917371A1 (de) | Galvanisches Verfahren | |
| Azuma et al. | New surface treatment of polymers by simultaneous exposure to vacuum ultra-violet light and nanometer-sized particles | |
| KR101377743B1 (ko) | 방전가공을 이용한 구조체 표면의 마이크로/나노 이중구조 형성방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21939489 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21939489 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |