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深挖含硅陶瓷材料在家电上的应用潜力
近年来,在消费者对家电的功能、外观、防护等要求越来越高的推动下,越来越多具有“特异功能”的新材料进入家电应用领域.2017年11月2日,在2017年中国家用电器技术大会上,中国科学院化学研究所副研究员张宗波博士在《聚硅氮烷特种功能涂层材料》的主题演讲中提到,含硅陶瓷材料具有耐高温、低表面能、高附着力、高硬度等特点,在家电行业应用潜力巨大,可以为产品升级提供新的思路.
张宗波所在的实验室是中科院化学所高技术实验室,用他的话说：“我们研究高科技含量的新材料,研究专门突破国外封锁的尖端材料技术,以及设计最新、最先进的材料实验室；上到天上飞的天宫二号,下到水里游的潜艇,可以适应各种苛刻环境的材料都需要我们研究.”对于他所研究的材料领域,他用一句话简单概括说：“我们从聚合物分子出发设计含硅陶瓷前驱体聚合物,即陶瓷化的高分子材料,用聚合物的工艺加工陶瓷,工艺简单,设计灵活性高.性能和一般的陶瓷不一样,比如具有高透明、高附着、硬度高、耐高温、高致密性、表面性质可控等特点.”
如今,含硅陶瓷材料不仅可以应用在航空和航海等尖端领域,在消费领域也有突破.谈到该材料在家电领域的应用潜力,张宗波举例说：“该类材料可以制造成耐高温涂料.目前我们和某真空绝热板品牌合作,将该类材料应用于VIP真空绝热板,提高阻气性能,因为涂敷了该耐高温涂料,VIP板的塑料基材的表面划痕大幅减少,性能得到大幅提高.在厨房电器领域,该类材料表面性质可控的特点可以帮助厨房电器实现易清洁,解决消费痛点,目前我们已经和某家电品牌有了初步的合作.另外,现在的家电电路板设计尺寸越来越小,里面有很多沟槽结构,原来的气相沉积法不够致密,现在的液相沉积法更加致密,因为我们研究的陶瓷是从聚合物而来的,可以是溶液,可以用液相沉积法.”
空调室外机外壳在冬天容易结冰,采用含硅陶瓷材料制成的涂层可以解决这一问题.张宗波用一组实验数据说明：“空调室外机外壳如果没有使用该材料制备的涂层,冰在上面的粘附力大约为500kPa；如果使用该材料涂层,粘附力可以大幅下降.另外,我们还可以通过对该材料微结构的设计,使冰在平面上也粘附不住,直接被弹走.”
在家电外观方面,含硅陶瓷材料同样潜力无限.据张宗波介绍,家电外观材料很多都会用到不锈钢板材.含硅陶瓷材料涂覆在不锈钢板上,不但可以实现表面耐高温还不影响外观效果,并且非常容易清洁.他介绍说：“经过测试,在400℃高温下,我们研制出的涂覆该材料的不锈钢板可以保持lOOh~ 200h不变形.”另外,张宗波指出,家电涂覆的普通高温涂层很多都要做喷砂处理,多了一道加工工艺,不仅造成环境污染,还导致良品率低；如果涂覆该材料制成的涂层,再经过我们对高分子组分的重新设计,可以使得涂层的附着力大大提高,对于工艺的要求也会降低.
“从设计角度来看,很多家电外观要设计成不同的图案,传统方法是压印工艺,现在该材料可以将一些结构引入膜里,实现不同的图案,工艺简单而且环保.另外,传统的颜色是通过涂覆颜料来实现的,我们给含硅陶瓷材料设计精细的结构谱,即光晶体,通过物理方法调控颜色,不但不褪色,而且从不同的角度看颜色是不一样的.”张宗波进一步介绍说.
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