[发明专利]具有自清洁及红外宽波段隐形双功能的低成本涂层及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属红外隐身材料领域，具体涉及了一种具有自清洁及红外宽波段隐形双功能的低成本涂层及其制备方法和应用。 

背景技术

随着科技的发展，越来越多的高技术装备应用到了军事作战领域，尤其是红外探测器的使用。红外探测器可以在夜间及有障碍物时用于对敌军目标的探测，极大的提高了部队的作战能力。与此同时，对红外有线屏蔽及吸收作用的隐身材料的研究也应运而生。通常制备隐身涂层有两种方案：一种是采用手性吸波涂料通过对红外线的吸收起到隐身效果；另一种方法是通过对入射红外线的散射达到隐身的效果。目前研究主要集中于第一种方法，对第二种方法的研究甚少。同时，在以往的研究当中，没有考虑到隐身涂层表面的自清洁功能，不能有效实现涂层表面的清洁。 

目前手性吸波涂料的致命弱点在于只是针对一些特定的波段实行隐形，过去这个问题并不突出，但美国最近（2011）在变波段红外探测方面刚刚取得了重大进展，可以用电信号驱动的方式，改变焦平面阵列单元顶板与底板之间的距离，从而随时改变红外摄像仪的工作波段。美国最近发射的同步轨道卫星上装备有高分辨的可变波段红外摄像仪，重点用于检测东北亚地区。随着变波段红外摄像及测距设备的推广，我们现有的隐形防御系统，将面临着崩溃的危险。 

手性吸波涂层的另一个弱点在于制备成本较高、工艺较复杂，一般用于飞机等附加值较高及较为平坦的表面，不利于推广至附加值较低或表面平坦度较差的运输车辆、营房、火炮、坦克等。 

发明内容

为了解决隐形材料不具备自清洁功能及不能做到宽波段隐形的缺点，使涂层同时兼具红外隐身的效果及自清洁的效果，使得涂层在户外具有良好的抗污、防腐蚀、抗冰冻灾害的性能。本发明的目的是提供一种使工程材料表面具有自清洁及红外宽波段隐形双功能的低成本涂层。 

本发明另一目的是提供上述涂层的制备方法。 

本发明的还一目的是提供上述涂层在建筑工程材料或军事工程材料中的应用。 

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种具有自清洁及红外宽波段隐形双功能的低成本涂层，其表面具有微纳米复合结构，所述微纳米复合结构包括镀锌材料表面腐蚀的微米蠕虫状结构及生长在其上的ZnO花状纳米棒结构。 

优选的，所述涂层表面还吸附有低成本的单层低表面能油漆涂层。所使用的油漆原料可以是各种防锈漆比如铁红、铝粉、石墨防锈漆等以及各种调和漆油性调和漆和磁性调和漆等。所述低表面能油漆涂层能降低整个涂层ZnO的表面自由能。 

进一步地，本发明还提供了上述涂层的制备方法，其包括以下步骤： 

（1）在室温下，将镀锌工程材料置于稀酸溶液中，捞出来用水清洗；这一步制得具有蠕虫状结构的各向同性准周期性微米沟壑； 

（2）在步骤（1）所得镀锌工程材料表面用磁控溅射、匀胶旋涂或提拉成膜方法制备一层ZnO薄膜，然后退火形成颗粒均匀的ZnO籽晶层； 

（3）采用化学浴的方法在长有ZnO籽晶层的工程材料表面生长ZnO纳米棒阵列，该长有ZnO纳米棒的镀锌工程材料表面便形成了具有自清洁及红外隐形双功能的涂层。 

优选的，上述方法还进一步包括步骤（4）在所得样品表面吸附低成本的单层低表面能油漆涂层。优选的，所用油漆经过一定倍数的相应稀释剂的稀释后再过滤，所述稀释剂为丙酮，松香水等，稀释倍数为1:1~1:10。过滤后的油漆用匀胶旋涂，提拉或刷涂的方法涂于镀锌材料表面，油漆涂层的厚度不宜过厚，其厚度应小于氧化锌纳米棒的高度，一般为0.1~0.5微米。 

其中，步骤（1）中，所述镀锌工程材料为白铁皮、锌材、铝材等；所述稀酸优选为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸等，所述稀酸的氢离子浓度为1~10mol/L； 用稀酸浸泡的时间优选为10~120秒（根据溶液中氢离子浓度而定）。 

进一步地，步骤（1）中所述清洗后的镀锌工程材料还包括用氮气吹干。氮气是一种清洁廉价气源，气体吹干可以保证材料表面的清洁度。 

其中，步骤（2）中所述退火温度优选为200~550℃，退火时间为30~60min；所述ZnO籽晶层的厚度优选为10~50纳米。 

所述化学浴方法是指将制备有ZnO籽晶层的样品浸泡到一定摩尔体积比的乙酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液当中，在50~95℃的情况下反应一段时间。本发明步骤（3）中所述化学浴方法是指将长有ZnO籽晶层的工程材料浸泡到一定比例的乙酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液当中，在50~95℃的情况下反应2~4h。优选的，所述乙酸锌和六亚甲基四胺的物质的量比优选为0.5~2:1，其中乙酸锌的浓度为0.01~0.2mol/L。