使二氧化鈦沉積于基材和復合制品上的方法
【技術領域】
[0001] 本公開廣義地設及在基材和從而可制備的復合制品上形成含有二氧化鐵涂層的 方法。
【背景技術】
[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年來已進行 大量研究和開發(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)境領域的應用。 Ti化的一些應用包括氣體傳感器、電致變色裝置、染料敏化太陽能電池和光催化劑。
[0003] 各種光催化劑已利用Ti〇2進行開發(fā)并應用于諸如空氣/水純化、自清潔、防霧（親 水性/疏水性切換）、消毒和通過水裂解的氨制備領域。Ti化影響其應用的兩種性質(zhì)為其 晶體結(jié)構和表面形態(tài)。通常，"納米晶"結(jié)構對Ti〇2膜是理想的W實現(xiàn)高官能性能。運是因 為i)當顆粒具有納米級尺寸時，高比表面積提供了優(yōu)異的表面活性；和ii)催化活性與單 個納米顆粒的結(jié)晶度敏感相關聯(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（例如，物理氣相沉積（PVD)、 化學氣相沉積（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。真空沉積技術需要昂貴的專用設備，該專用設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，并且可導致 具有雜質(zhì)的涂層，運些雜質(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0化]通過提供一種用于通過簡單擦涂方法在侶基材上制備含Ti〇2無機層的替代方法， 本公開克服了成本和/或液體處理的問題。
[0006] 在一個方面，本公開提供了一種方法，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)本公開制備的無機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，本公開提供了一種包括粘結(jié)至基材的表面的層的復合制品，其 中該粉末基本上不含有機組分，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下定義適用于整個說明書和權利要求書。
[0010] 術語"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] 術語"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] 術語"無機的"是指非有機的化合物和材料。
[0013] 術語"有機的"包括含有碳-氨C-H共價鍵和/或碳-碳多鍵（即，具有大于1的 鍵級的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的，而碳 酸鋼和尿素將被視為無機的。
[0014] 術語"有機顆粒"是指包括大于不定量（例如，小于0. 1重量％或小于0.01重 量％)的有機材料的顆粒。
[0015] 術語"粉末"是指微小松散顆粒形式的固體物質(zhì)。
[0016] 在考慮【具體實施方式】W及附屬權利要求書時，將進一步理解本公開的特征和優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0017] 圖1為根據(jù)本公開的示例性復合制品100的示意性側(cè)視圖。 陽0化]圖2A-沈分別示出了實例1A-1E的涂層的掃描電鏡（SEM)顯微圖。
[0019] 圖3為比較例A和實例1A-1E的反射率百分比相對于波長的曲線圖。
[0020] 圖4為比較例A和實例1A-1E的反射率百分比相對于厚度的曲線圖。
[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] 應當理解，本領域的技術人員可W設計出大量其他修改形式和實施例，運些修改 形式和實施例在本公開原理的范圍和實質(zhì)內(nèi)?？赡芪窗幢壤L制運些圖。
【具體實施方式】
[0023] 根據(jù)本公開的方法設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、斜錯石類、氯鉛礦類、斜方01，或立方 相）。對于其中光催化性質(zhì)是理想的的應用，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]粉末可包含附加無機組分（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 過漉在制造工藝中形成的凹槽或通過陽極化處理形成的孔）。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機層的物理性質(zhì)。
[0029] 在一般情況下，侶具有設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，并且形成無機層的一部分，但運并不是必須的。
[0030] 將粉末擦涂在侶基材的表面上可通過任何合適手段完成，包括手動和/或機械方 法。
[0031] 在一個示例性方法中，可使用電子軌道磨砂機，諸如，例如BlackandDecker 5710型電子軌道磨砂機（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個操作的空轉(zhuǎn)速度的氣動軌道磨砂機（諸如IngersoU-Rand312型氣動軌 道磨砂機（愛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。在供應的氣壓降低和施加壓力增大的情況下，實際操作速度在每分鐘0至 4000個操作的范圍內(nèi)。可使用偏屯、軌道磨砂機的組合（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)本公開的方法的示例性生產(chǎn)設備描述于美國專利 No.6, 511, 701 值ivigalpitiya等人）。
[0032] 磨砂機和/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 磨砂機和/或拋光器一起使用。合適的拋光/磨光墊廣泛地購自例如設備制造商。
[0033] 可安裝于磨砂機上并用于根據(jù)本公開的方法中的示例性油漆涂敷墊描述于美國 專利No. 3, 369, 268度urns等人）。運些油漆涂敷器為薄金屬背襯、開孔聚氨醋泡沫層與柔 軟且極細的密集堆積的尼龍刷毛的活性表面的層合構造。運些墊可進行改進使得它們可輕 易地安裝至軌道磨砂機或磨光機。
[0034] 在將粉末擦涂在侶基材的表面上之后，可通過任何合適的（優(yōu)選無液的）方法 (諸如，例如通過輕刷或使用壓縮空氣）移除過量的松散和/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?，F(xiàn)在參照圖1， 示例性復合制品100包括具有表面120的侶基材110,表面120具有設置于其上的層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、斜錯石類、氯鉛礦類、斜方01，或立方晶相）。對于其中光催 化性質(zhì)是理想的的應用，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。在一些實施例中，二氧化鐵基本上由銳鐵礦和/或金紅石組成。<