化学材料的表面处理技术分析

化学材料的表面处理技术分析

王旭明

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重庆百亿再生资源综合利用有限公司

摘要：化学材料是一类被广泛应用于工业、生活等各个领域的特殊物质。因为化工原料的种类繁多，而且各有不同，所以在使用过程中，必须对产品的表面进行处理。通过对化工原料进行表面处理，可以使化工原料的各项性能得到改善，使其发挥真正的应用价值。在实际使用中，化学物质的表面处理非常重要，所以有必要对化学物质的表面处理方法进行研究。针对这一现状，阐述了表面处理技术的重要意义，并对其应用前景进行了展望，希望能对今后的研究工作有所借鉴。

关键词：化学材料；表面处理；策略分析

引言

表面处理就是利用物理、化学、电化学等手段，对化学物质表面的某些缺陷进行修补或修饰，从而使其更稳定，从而延长化学物质的使用寿命，增加化学物质的性能。化学材料的表面处理主要有两类，一类是表面改性，一类是用化学反应来改变其表面的物理化学性质，另一类是用物理化学的方法来在其表面上沉积一层一定厚度的物质。不同的化学物质有其各自的特点，所以在使用过程中，必须按照具体的需要来选用，才能使物质自身的价值得到最大程度的发挥。

一、化学材料表面处理的重要意义

在化工产品的使用中，表面处理对其性能的改善起着举足轻重的作用。化学材料的表面处理可以改善其物理性能，起到保护作用，改善其工艺性能等作用。一是改善化学物质的物理性质；其物理特性主要有拉伸强度，弯曲强度，剪切强度，硬度等。在化学材料中，大部分都是固体物质，这部分物质的结构较为复杂，其内部主要是由原子或分子组成的，而这些原子或分子的体积和质量一般都比较大。通过对材料表面的改性，使材料的表面结构发生了变化，从而使材料的拉伸、压缩性能得到了显著的改善。二是对化学物质进行防护。对化学物质进行表面处理还可以对其起到有效的保护作用，比如，对化学物质进行酸洗、钝化等处理，可以使其具有更好的抗腐蚀性能，还可以提高其耐腐蚀性，而对化学物质进行表面处理则可以避免对其进行酸洗，从而降低酸洗的次数；在腐蚀的过程中，某些具有较强腐蚀性的物质会与化学材料产生化学反应，造成化学材料表面变得疏松，甚至是脱落，这会对化学材料的使用寿命造成很大的影响[1]。三是延长化工原料的寿命。表面处理对材料的寿命有很大的影响，为了提高材料的寿命，需要使材料的表面性能与外部环境相适应。化学物质的寿命很大程度上是由其表面特性决定的，而这些特性又与化学物质的表面特性紧密相关，对化学物质的寿命有直接的影响。

二、表面处理在化学材料中的处理策略

(一)热界面材料界面工程技术

热界面材料是一种利用热传导、热辐射等方式将热能进行传输的物质。其导热特性是保证电子器件稳定、可靠、耐用的关键。首先，通过纳米技术对热-力界面进行优化是热-力界面设计的关键。本项目拟通过在基体中加入纳米颗粒、金属氧化物纳米线、碳基等纳米粒子，构建高效率的热传导通道。该填充物具有良好的导热性能，可在一定程度上改善材料的导热性能。硅基纳米粒子因其独特的晶格结构、高本征热导率等特点，是一种极具潜力的热导率强化材料。其次，化学改性是保证界面材料优异性质的重要方法。利用自组装单分子膜（SAMs）技术，可以在物质表面构筑出有序的分子阵列。这种结构既保证了材料的化学稳定性，又保证了材料的润湿性，同时也为以后的纳米填充材料的加入创造了有利的界面环境。在此基础上，引入硅烷、磷酸酯、胺基等特殊官能团，进一步强化界面层与纳米填充层间的化学结合，保证其长期稳定性。此外，力学方法对热界面层的表面工程也有重要影响。精密的机械研磨或超音波振荡，可获得更高质量的表面，以便进行后续的化学处理。利用纳米压印和蚀刻等技术，可在材料表面制备出微/纳米尺度的图形，进而调控其导热通道，以达到特殊用途的要求。最终，可以通过多个方案的联合使用，达到不同的节能效果。比如，针对大功率电子器件的散热问题，选取特殊的纳米填充物，进行表面化学改性，并结合精密的力学加工，可获得高导热和低热接触电阻的界面材料。

(二)对石墨烯进行表面修饰和增强

石墨烯作为一种由碳原子组成的二维结构，因其高强度、高导热和高导电等优良性能，被视为一种极具应用前景的新型功能材料。目前，制备石墨烯的方法主要有两种，一种是化学气相沉积，另一种是机械剥离。首先，石墨烯因其优异的导热、力学性能和化学稳定性而受到人们的高度重视。在化学材料领域，对石墨烯进行表面修饰是提高其性能的一个重要途径。其次，对石墨烯进行表面修饰，可以分为两种方式，一种是物理法，一种是化学法。采用机械剥离、化学气相沉积等物理手段，实现对石墨烯的层数、尺寸、形貌等进行调控，进而对其性质进行调控。而化学方法，包括了氧化、还原、功能化修饰等手段，在石墨烯的亲水性、分散性和与其他材料的相互作用方面，可以进行调控。

最后，对石墨烯进行表面改性，提高其导电、导热和强度。比如，在导电性上，利用氧化剥离和还原等手段，在石墨烯中引入缺陷和氧气，从而调节其能带结构，从而达到对其导电性的有效调控。在热导率上，拟通过调控石墨烯的层数和加入导热填充物来改善其热导率，从而将其作为一种新型的热界面材料。通过对石墨烯进行功能化修饰，可以增强石墨烯与基质的结合能力，进而改善复合材料的机械性能。此外，本项目还将研究石墨烯的表面修饰技术，为其实用化提供新思路。随着其应用范围的扩大，人们对其性能的要求也越来越高。

(三)复合材料中碳纳米管的集成

一是碳纳米管（CNTs）在复合材料中有广阔的应用前景，但其与基质材料的界面亲和力及粘接强度通常限制了其功能的发挥。通过对 CNTs进行精细、有效的表面处理，使 CNTs与基质材料形成紧密的界面结合，进而提高 CNTs的综合性能。二是碳纳米管的粒径、表面功能基团等因素的调节，使其与基底材料的表面相匹配。本项目拟以碳纳米管为研究对象，通过对碳纳米管直径的精细控制，实现碳纳米管与衬底的晶格常数的匹配，以实现对碳纳米管与衬底的界面能的有效降低和界面间的相互作用。通过在 CNTs表面引入羟基、氨基等功能基团，在 CNTs表面构筑氢键、共价键等，增强 CNTs与基质的化学键合，提高 CNTs与基质的界面结合能力。三是通过对 CNTs进行功能性改性，提高 CNTs与基质的作用力，实现 CNTs与基质的相互作用。

三、结束语

随着科技的进步，化学材料的表面处理技术也在进步，在今后的发展中，将会有更多的种类。但当前，国内的化学材料表面处理技术还存在着许多问题，这些问题已经成为了制约我国化学材料发展的主要因素，所以，必须要采取有效的措施来改善，才能让化学材料的表面处理技术得以更好地发展。

参考文献

[1] 曲可心,李岳,孙东洲,等. 不同表面处理对粘接性能影响的研究进展[J]. 化学与粘合,2023,45(4):357-361.

[2] 刘松林,王仲民,钱熹,等. 磁性氮掺杂石墨烯改性柿单宁复合材料对四环素的吸附行为[J]. 复合材料学报,2023,40(7):4048-4059.

[3] 李国栋,尤大海,彭兴华,等. 基于物理及化学改性制备高分散性石墨烯试验[J]. 非金属矿,2023,46(3):76-80.