[发明专利]复合溶胶制造方法及其在材料设计中的应用方法

说明书

技术领域

本材料设计是材料科学最重要的分支之一，亦是新材料研究和开发的核心技术。材料设计首先是通过各种理论计算和经验数据总结，寻求材料性能与材料组成、结构之间的关系，并用已有的研究数据构建材料性能与材料组成、结构之间关系的数学模型；应用此数学模型，可以根据材料的组成和结构，预报材料的性能，也可以根据材料的性能要求，设计材料的组成和结构。

本发明公开的一系列复合溶胶制造方法正是实施材料设计方案的优良系统之选择，应用这系列方法，从分子角度依据材料的显微结构逐一地搭建材料的晶体结构，可以分布式、平行进行材料中间体的合成，进而便利地获得所需性能的材料。

公开的一系列方法，核心是应用溶胶凝胶方法，根据材料设计预先设计好的材料的组成和结构，便捷地制备纳米或微纳米溶胶，并通过成膜工艺制造纳米薄膜，这是纳米材料领域非常实用的一项应用技术。

本发明公开的复合溶胶及其成膜方法，主要应用于材料表面改性，各种材料都有各自的优点，也有各自的缺陷，通过表面覆盖具有设计性能的纳米薄膜，可以改善材料表面的各种性能，弥补材料表面的缺陷。

背景技术

溶胶凝胶：溶胶是指通过水解和聚合作用，形成的有机或无机的纳米或微米级的粒子，这些粒子通常带有电荷，并由于电荷作用，吸附一层溶剂分子，形成由溶剂包覆的纳米或微米粒子，即胶体粒子，这些胶体粒子由于带有电荷而相互排斥，从而能以悬浮状态存在于溶剂中，即形成溶胶；胶体粒子由于失去电荷，或者包覆在外圈的溶剂层被破坏，胶体粒子发生聚合，溶胶发生固化即形成凝胶。

有机金属化合物(metallo-organic compound)，是指烷基（包括甲基、乙基、丙基、丁基等）和芳香基（苯基等）的烃基与金属原子结合形成的化合物，以及碳元素与金属原子直接结合的物质之总称，与锂、钠、镁、钙、锌、镉、汞、铍、铝、锡、铅等金属能形成较稳定的有机金属化合物，是一类至少含有一个金属-碳（σ或π）键的化合物；可分为烷基金属化合物(alkylmetalic compounds)和芳香基金属化合物(arymetalic compounds)两类。。

金属醇盐是介于无机化合物和有机化合物之间的广义金属有机化合物的一部分，金属醇盐可以简单认为金属与醇缩合生产金属醇盐和水，往往有些金属醇盐不是这样制备的，　　通常金属醇盐可以用以下公式表示： M-O-R 或 M-（O-R）n 来表示。（其中M表示金属离子 ，而R表示烷基）。

有机分子，或称有机单体，是指能通过发生加成反应、聚合反应、交联反应等有机化学反应，生成高分子聚合物的有机分子，包括但不仅限于氟碳树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、塑料类树脂、工程塑料类树脂等聚合物的前体。

无机盐，包括但不仅限于盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐等水溶性金属强酸盐，也包括水溶性的金属弱酸盐。

发明内容

一种制造无机盐---有机单体复合溶胶的方法，包括以下步骤：

1）用水溶解无机盐（如氯化物、硫酸盐、硝酸盐等）；将溶解的无机盐与有机酸（如草酸、乙酸等）反应，形成有机酸盐溶胶；将多种有机酸盐溶胶混合，形成有机酸盐混合溶胶；或

2）将多种无机盐共同溶解于水中，形成混合物；将该混合物与有机酸反应，形成有机酸盐复合溶胶；

3）在复合溶胶中加入可水解的有机单体和引发剂，由引发剂引发的有机单体与有机酸盐的聚合反应，形成无机盐---有机单体复合溶胶。

一种制造有机金属化合物(metallo-organic compound)---有机单体复合溶胶的方法，包括以下各步骤：

1）按照反应式：  

水解通式为R_xM(OR)_z-x的有机金属化合物，形成溶胶，式中R为有机官能基，M选自硅、铝、钛、锆等或它们的混合物，R’为可水解的低分子量烷基，z为M的化合价，而x小于z，至少为1，y至少为1并小于z-x；

2）使有机官能基R与可水解的有机单体（在引发剂的作用下）发生反应，形成有机---无机杂化物；

3）使该有机---无机杂化物聚合，生成有机金属化合物---有机单体复合溶胶。

一种制造金属醇盐---有机单体复合溶胶的方法，包括以下步骤：

1）按照反应式： 

水解通式为M(OR)_z的金属醇盐形成溶胶，式中M为形成可水解醇盐的金属，R为低分子量烷基，z为M的化合价；