胶体颗粒涂层干燥过程中的开裂行为:机理、抑制及应用

作     者：牛朝霞 袁帅洁 高晗 徐晔 NIU Zhaoxia;YUAN Shuaijie;GAO Han;XU Ye

作者机构：北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京航空航天大学软物质物理及其应用中心北京100191 

基　　金：国家自然科学基金(11674019 12072010) 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2022年第36卷第21期

页      码：63-71页

摘      要：基于胶体颗粒的涂层材料干燥固化成膜是一种简单方便的涂层制备方式,被广泛应用在保护性和功能性涂层领域。胶体颗粒涂层在干燥成膜过程中若控制不当容易发生开裂,导致涂层失效。因此,胶体颗粒涂层开裂的机理和抑制方法是工业涂层及功能薄膜材料应用领域关注的问题。虽然工业界在胶体颗粒涂层制备技术的长期发展中积累了抑制开裂的实践经验,但由于固化成膜过程复杂多变,对于干燥导致开裂的机理研究仍不深入。随着环保标准和新型纳米颗粒功能涂层制备需求的提高,传统通过聚合物粘结剂抑制开裂的方法也不再适用。因此,近年来学术界和工业界在揭示干燥开裂的物理机理、探究开裂的影响因素方面开展了大量的理论和实验研究,并在此基础上开发了一些新的抑制胶体涂层开裂或稳定控制胶体涂层裂纹形貌的工艺技术。近年来,研究者们在胶体涂层干燥开裂的裂纹驱动力和裂纹扩展动力学方面提出了一些理论模型,从胶体颗粒相互作用力、应变能与表面能平衡等角度揭示了裂纹产生的机理。已有大量的研究探索了胶体颗粒网络结构、涂层厚度、胶体颗粒弹性模量、基底约束等影响裂纹形成的主要因素。同时,这些研究提出了添加非球形颗粒、软硬颗粒混合、采用多层叠加等抑制干燥开裂及提高涂层性能的方法。此外,也有研究通过精确控制胶体涂层的裂纹形貌,将开裂的胶体涂层作为模版用于制作金属微纳结构及微纳通道。本文综述了近年来胶体颗粒涂层开裂现象的相关研究,从涂层裂纹形态及裂纹扩展动力学入手,系统总结了影响胶体涂层开裂的四个因素,并归纳了抑制胶体颗粒涂层开裂的多种方法。此外,本文还介绍了近年来将胶体颗粒涂层中产生的裂纹应用在微纳加工领域的探索性研究。对胶体颗粒涂层开裂机理的进一步研究,可为开发绿色环保涂层和设计与制备高质量新型纳米颗粒涂层提供理论指导。

主 题 词：胶体颗粒涂层 干燥开裂 抑制涂层开裂 应用裂纹 

学科分类：081704[081704] 07[理学] 070304[070304] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 0703[理学-化学类] 080102[080102] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.11896/cldb.21050001

馆 藏 号：203115462...