[发明专利]一种在钛合金基底生长超强光吸收碳纳米管涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管涂层的生成方法，可用于钛合金基底制备的档光板、遮光罩等光学器件的杂光抑制。

背景技术

最近几年，随着碳纳米管技术的发展，碳纳米管超黑材料的特性逐渐被人们所认识。所谓超黑材料，就是其对光的几乎全谱段的吸收比都能达到99％以上。在硅基底上已经有学者进行过碳纳米管的生长测试，并发表了相关的论文，但是对于碳纳米管在金属基底上的生长工艺和金属基底碳纳米管的固着特性还鲜有研究。

在金属基底上喷涂或者生长黑色吸光涂层技术可应用于多种场合，如航天光电仪器的消杂光挡板、漫辐射标定面光源、均匀散热吸热材料等，其中用于吸光涂层的情况中最常用的是星敏感器和照相机的消杂光遮光罩，这种产品一般不能用玻璃等脆性易碎、强度不高的材料作为基底，所以现有的碳纳米管与非金属基底上生长的技术不能直接使用，需要研究碳纳米管在金属基底上生长的新工艺。而由于碳纳米管生长一般需要不少于600℃的高温环境，因此，需要研究在钛合金等高熔点的金属基底上生长碳纳米管的新技术。

已有技术中的遮光罩采用黑漆或者黑色阳极化涂层作为光吸收材料，存在光吸收比不够高的问题，因此造成在同样消杂光的能力下，消杂光装置，如遮光罩等的体积重量较大。如果能采用碳纳米管替换现有的消杂光黑色涂层(黑漆或阳极化发黑等)，那么以碳纳米管的超黑特性，其光吸收将远远超过现有技术中的材料，可以显著的提高杂光抑制效果。在金属基底上生长超强光吸收碳纳米管的难点在于，碳纳米管在金属基底生长的定向性控制和附着牢固性工艺，目前这种工艺方法鲜见报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种在钛合金基底上生长超强光吸收碳纳米管涂层的方法，按照此方法生长出来的碳纳米管涂层可以牢固地附着在钛合金表面，起到超强吸收光辐射的作用，适用于各种光电、光学仪器设备、均匀漫反射表面等，尤其对于微弱信号探测的仪器设备更加有功效，如航天器用的恒星测量敏感器等，相对于传统采用消光黑漆消除杂光的方式，可以显著提高消除杂光的能力。

本发明的技术解决方案是：一种在钛合金基底生长超强光吸收碳纳米管涂层的方法，包括如下步骤：

(1)采用打磨方式对钛合金样件表面进行毛化处理，使得经过打磨的钛合金样件表面具有划痕；

(2)对经过打磨的钛合金样件进行清洗，去除有机污染物；

(3)将钛合金样件放入烘干箱烘干；

(4)将钛合金样件从烘干箱取出，冷却后用清水对钛合金样件进行清洗；

(5)再次将钛合金样件放入烘干箱烘干；

(6)对钛合金样件进行电化学反应处理，使得钛合金样件的表面形成微观刻镂微纳米结构；或者在钛合金样件的表面镀上铝镍双金属中间缓冲层；

(7)将步骤(6)处理过的钛合金样件置入碳纳米管反应炉中；

(8)往碳纳米管反应炉中通入氩气，同时碳纳米管反应炉开始加热至碳纳米管生长所需温度；

(9)当氩气充满碳纳米管反应炉后，调整氩气流量到1000～2000mL/min，同时通入300～500mL/min的氢气；

(10)当氢气流量稳定并充满碳纳米管反应炉后，按照预定的反应速度向碳纳米管反应炉内通入气态碳源或引入雾状液态碳源；

(11)根据碳纳米管阵列所需长度设定反应时间，反应完毕后，切断氢气，停止加热，并调小氩气的流量至100mL/min～150mL/min，待冷却至室温后取出钛合金样件；

(12)如果步骤(6)中是对钛合金样件进行电化学反应处理，则碳纳米管涂层制作完成；如果步骤(6)中是对钛合金样件的表面镀上铝镍双金属中间缓冲层，则将得到的钛合金样件放入高温炉中，快速升温至880℃～920℃，持续1分钟至10分钟，而后高温炉降温，取出钛合金样件，由此完成碳纳米管涂层的制作。

所述步骤(6)中采用电化学反应处理形成微观刻镂微纳米结构的方法为：采用电化学反应处理工艺对钛合金样件进行表面处理，去除掉表面的部分金属，使得残留的部分在表面上呈现出微细毛化结构。

所述步骤(6)中在钛合金样件的表面镀上铝镍双金属中间缓冲层的方法为：首先在钛合金样件表面蒸镀或溅射沉积厚度3～10nm的铝镍双金属，然后进行预热处理，使得双金属中间缓冲层转变为氧化物涂层和金属纳米颗粒双层结构，预热温度范围400℃～600℃。

本发明与现有技术相比的优点在于：