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納米涂層材料認識和應用的幾個誤區

發布時間:2017-02-15 08:56:36

納米材料與納米涂層

       納米材料是指由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超細顆粒構成的具有小尺寸效應的零維、一維、二維、三維材料的總稱。納米材料的概念形成于80年代中期,由于納米材料會表現出特異的光、電、磁、熱、力學、機械等性能,納米技術迅速滲透到材料的各個領域,成為當前世界科學研究的熱點。

  傳統涂層技術添加納米材料,可使傳統涂層的功能得到飛躍提高,技術上勿需增加太大的成本。這種納米添加的復合體系涂層很快就可走向市場展示出強勁的應用勢頭。

  利用現有的涂層技術,針對涂層的性能,添加納米材料,都可以獲得納米復合體系涂層。納米涂層的實施對象既可以是傳統材料基體,也可以是粉末顆?;蚴抢w維,用于表面修飾、包覆、改性或增添新的特性。



各種納米材料都有相對側重的應用領域,并非萬能

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  凡是傳統表面涂層技術,都可以用來或者稍加改造,實現納米材料復合涂層。因此市場上也充斥著各種納米材料或者納米材料成份的制品。

  在硬度高的耐磨涂層中添加納米相,可進一步提高涂層的硬度和耐磨性能,并保持較高的韌性。

  將納米顆粒加入到表面涂層中,可以達到減小摩擦系數的效果,形成自潤滑材料,甚至獲得超潤滑功能。在一些涂層中復合C60,巴基管等,制備出超級潤滑新材料。涂層中引入納米材料,可顯著地提高材料的耐高溫、抗氧化性。如,在PCBA的表面沉積青山新材TIS-NM納米材料涂層,由于納米顆粒的作用,有效降低了PCB表面能量,形成的納米防水涂層阻止了水分子對電子元器件的破壞風險,疏水能力明顯增強,改善了氧化層的生長機制和力學性質,抗腐蝕抗氧化能力更強。

  納米材料涂層可以提高基體的腐蝕防護能力,達到表面修飾、裝飾目的。在油漆或涂料中加入納米顆粒,可進一步提高其防護能力,能夠耐大氣,紫外線侵害,從而實現防降解,防變色等功效;另外,還可以在建材產品,如衛生潔具、室內空間、用具等中運用納米材料涂層,產生殺菌、保潔效果。

  納米材料涂層具有廣泛變化的光學性能。它的光學透射譜可從紫外波段一直延伸到遠紅外波段。納米多層組合涂層經過處理后在可見光范圍內出現熒光,用于多種光學應用需要,如傳感器等器件。在各種標牌表面施以納米材料涂層,成為發光、反光標牌;改變納米涂層的組成和特性,得到光致變色,溫致變色,電致變色等效應,產生特殊的防偽,識別手段。80nm的氧化釔可作為紅外屏蔽涂層,反射熱的效率很高。在諸如玻璃等產品表面上涂納米材料涂層,可以達到減少光的透射和熱傳遞效果,產生隔熱作用;在涂料中加入納米材料,能夠起到阻燃,隔熱,起到防火作用。

  經過納米復合的涂層,具有優異的電磁性能,利用納米粒子涂料形成的涂層具有良好的吸波能力,能用于隱身涂層。納米氧化鈦、氧化鉻、氧化鐵和氧化鋅等具有半導體性質的粒子,加入到樹脂中形成涂層,有很好的靜電屏蔽性能;80nm的欽酸鋇可作為高介電絕緣涂層,40nm的四氧化三鐵能用于磁性涂層;納米結構的多層膜系統產生巨磁阻效應,可望作為應用于存儲系統中的讀出磁頭。

       當然還有一些產品雖然打著“納米”旗號,但實際上并非真正采用了納米材料和納米技術,比如活性碳相關范疇的一些產品也標以納米技術。

       納米涂層從功能上來說,大體上有疏水、疏油、親水、防霧、防潮防水、防腐、減反射、提高表面硬度 防粘、封裝、易清潔、自潔、建筑防護、防老化、防風化、阻燃、隔熱、添加劑,每一種納米材料都有較側重的幾個功能,比如TIS-NM納米涂層重點應用于電路板防潮防腐蝕方面,透明超薄,是一種隱形涂層,而表面硬度方面則要弱一些,不能強烈刮擦,可以耐300度高溫,但超高溫目前還有待突破。用戶應根據自身產品的實際需求選擇適合的納米材料。


電子產品納米防水涂層并非絕對防水

       對于納米涂層行列中的納米防水材料,特別是針對電子產品的防水材料始終處于防意外落水、預防浸水的階段,很多納米材料本身或者使用納米材料的某種施工工藝都夸大了效果,甚至鼓吹到了神一般的境地,而用戶在使用的過程中卻發現并非如此神效,這些采用純營銷手段短期充斥市場的材料也必將被淘汰。

       電子產品防水是個復雜的工藝,特別是對于結構和部件較多的產品更為復雜,比如手機防水一直是個難題,手機有縫隙,不只一條,而是許多條。有接口,有按鈕,有揚聲器,有揚聲器柵格,有麥克風接口,它們都會留下細小的縫隙,讓水進入手機。不只如此,屏幕與手機邊框之間也留有縫隙。

       拆解任何一臺防水手機我們都會發現,里面有厚厚的粘性材料,它將屏幕與底座粘在一起。制造商在接口(也就是USB、Lighting、3.5毫米耳機接口)背部涂上膠水,有時連靠近框架的電路也涂有膠水。

       粘合劑并非萬能,有時也不管用。在手機上有些組件是突出的,比如按鈕、接口、可拆除組件,我們肯定不希望粘糊糊的膠水流出來。

       于是制造商引進了橡膠墊圈,它是一個0形環圈,放在設備內部,緊緊附著在內表面上。在手機的耳機接口、充電接口附近,我們都能發現橡膠墊圈,在SIM卡托附近也有一個小小的橡膠墊圈。蘋果還在一些線纜連接器附近安裝墊圈,增強保護。

       不漏水,但是空氣可以進入,在手機中有少數組件是無法完全密封的。揚聲器、麥克風需要讓空氣流通,因為只有空氣振動才會發聲。如果手機完全不讓空氣進入,手機內部的壓力與外部不平衡,壓力就會在密封手機上打開缺口,讓水進入。

       既然這樣,制造商如何阻擋水的進入呢?科學。許多制造商在制造防水手機時,會在揚聲器、麥克風前面安裝非常精細的網眼,它完全遵循水的自然特點,比如內聚力和表面張力,讓水粘在一起而不是穿過網眼。還有一些地方也使用相同的技術,比如iPhone 7底部左側的揚聲器柵格,或者是Galaxy S7的麥克風。

       除了網眼,制造商還增加了防水面料透氣膜(ePTFE),它可以讓空氣自由穿過,平衡壓力。Gore公司生產ePTFE材料Gore-Tex,這種材料和滑雪衫使用的面料一樣。據Core公司透露,至今它們銷售的便攜電子通風口組件高達10億件。

       一些制造商(比如三星)為了防止充電接口短路,有時還會短暫關閉接口,它們使用耐蝕材料(比如鎳)防止手機磨損。正因如此,現代防水手機不需要防水蓋子就能防水。

      顯然防水不是絕對的,所有的防水技術都不完美,所謂的防水手機,從嚴格意義上講并不“防水”。如果壓力足夠大,水就會穿過去,只是需要的壓力大小不同而已。正是因為這個原因,在宣傳時蘋果、三星、索尼只是說手機可以“防水”,沒有說它可以“抗水”。

       從外觀鍍膜到真空鍍膜都未真正完美解決手機防水問題,蘋果公司更是為iPhone7防水申請了N項專利,即使如此蘋果公司仍在銷售合同里明確提出不建議用戶直接將手機置入水中,并且聲明因用戶自身原因導致進水損壞將不提供保修服務。

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    大多數電子產品目前的防水強度僅限于防止意外落水,以便用戶在較短的時間之內對產品進行急救處置,并不能長期在水中工作。


電子產品使用納米涂層生產成本是次要因素

       由于納米涂層在電子產品上的應用重點在于防潮防水防腐蝕,并且商家的宣傳更多是傾向于防水泡水,所以更多制造商在考慮是否采和納米涂層時更多的是考慮所增加的成本問題,而實際上納米涂層對電子產品的保護,比如TIS-NM納米涂層對PCBA的保護能使產品的壽命大幅延長,增加了耐用性,并且顯著的減少售后,這一切同時是產品品質在消費者和客戶心里的沉淀,而品質和品牌的塑造往往是一個較漫長的過程,品質對品牌的影響是很重要的一個因素。

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如果產品的返修率高也相當于損失了一部分利潤,在生產過程中增加少許成本但產品的返修率大幅降低,同樣節省了成本保住利潤。因此納米涂層在產品上的應用不能單純的理解為原材料和人工成本的增加,有必要從戰略意義上進行思考。

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