[发明专利]一种具有纳米孔结构的超黑涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有纳米孔结构的超黑涂层制备方法，属于超黑吸光涂层技术领域。

 

背景技术

黑色涂层被广泛应用于太阳能转换、热-光-电发生、红外探测、显微镜成像、天文观测等领域。例如，需要在太阳能热水器中的真空玻璃管内管外壁表面涂覆一层黑色涂料，提高对太阳光的吸收率。各种光学仪器的镜筒内壁需要涂黑，以提高对照射到内壁上的光线的吸收，降低光在内壁上的反射，减少从内壁上反射出来的光对成像的干扰，提高成像的清晰度。

一般固体材料（如陶瓷、金属、塑料等）的表面都会反射一定量的光线。理想的黑色材料具有零折射率，能吸收100％的光线色彩，而一般的黑色颜料光线反射率在5％到10％之间。目前已知对Ni-P合金涂层进行化学刻蚀可获得多孔表面结构。文献（S. Kodama, M. Horiuchi, T. Kunii, K. Kuroda. Ultra-Black Nickel-Phosphorus Alloy Optical Absorber. IEEE Transactions On Instrumentation And Measurement. 1990, 39, 230-232.）报道，这种具有多孔表面结构的Ni-P合金涂层能高效吸收光线，其光线反射率可低至0.16-0.18％。但受到制备方法的制约，目前这种多孔Ni-P合金涂层具有锥形孔形貌特征，且表面孔径属于微米级尺寸范畴。在该微米孔结构中，大孔径增加了相邻孔之间的孔壁厚度，加之孔内表面较光滑，致使相当一部分光线仍然被反射。为进一步降低上述多孔Ni-P合金涂层的光线反射率，研究设计一种新型超黑涂层及其制备方法是十分必要的。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种具有纳米孔结构的超黑涂层制备方法，该超黑涂层能提高材料对光的吸收，降低物体对光的反射。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

一种具有纳米孔结构的超黑涂层制备方法，其制备步骤为：

（1）前处理：对金属基体材料表面进行清洗和活化，以利于后续化学复合镀镀层的附着；

（2）化学复合镀镍磷碳：先将配制好的化学镀液进行超声震荡均匀，然后在75-90℃的施镀温度条件下将第（1）步处理后的基体材料放入化学镀液中施镀，施镀时间为1-3h，化学镀液pH为3-6，使金属基体材料表面沉积镍磷碳合金镀层，然后水洗、干燥；所述化学镀液各组分及浓度分别为硫酸镍25-40g/L、次亚磷酸钠20-30g/L、缓冲剂10-20g/L、络合剂25-35g/L、炭黑0.5-3g/L，其余为去离子水或蒸馏水，其中炭黑的粒径为20-60 nm；

所述缓冲剂为乙酸或乙酸钠中任何一种；所述络合剂为柠檬酸、乳酸中任何一种或两种任意比例的混合物；

（3）化学刻蚀：用刻蚀酸液对金属基体材料表面镍磷碳合金镀层进行化学刻蚀，水洗、干燥，即制备得到具有纳米孔结构的超黑涂层；其中刻蚀酸液为硝酸，硝酸浓度为6-9mol/L，刻蚀温度为20-50℃，刻蚀时间10-120s。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供了超黑涂层，在400-2000nm光线波长范围内，对光线的反射率小于0.12%，比常规化学刻蚀Ni-P合金所获得的吸光涂层具有更好的吸光性。

2、本发明所涉及制备方法的独特之处在于，利用化学复合镀技术在Ni-P镀层中引入了纳米炭黑粒子，这些均匀分布于Ni-P镀层的纳米炭黑粒子能在随后的化学刻蚀过程中优先腐蚀，并在镀层组织表面形成纳米孔结构。另外，纳米炭黑本身具有良好吸光性，炭黑粒子的引入有助于降低超黑涂层对光线的反射率。

3、本发明所制备的超黑涂层具有独特的表面结构，其表面均匀分布着大小不一的微米锥形孔（孔径为1-20μm），而在微米锥形孔的内表面和相邻锥形孔之间的平面区域又充满孔径更小的纳米孔（孔径＜100nm）。

 

附图说明

图1是实施例1所得超黑涂层2000倍场发射扫描电镜图片。

图2是实施例1所得超黑涂层20000倍场发射扫描电镜图片。

图3是实施例1所得超黑涂层50000倍场发射扫描电镜图片。

 

具体实施方式