表面改性技術(shù)作為當(dāng)今世界的重要發(fā)展領(lǐng)域之一,其可提升材料的表面性能,并可提高部件的壽命和可靠性,利于降低材料的生產(chǎn)成本,節(jié)約能源,在促進(jìn)高科技的發(fā)展中有著十分重要的意義。傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)例如電鍍、熱噴涂等技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)較為全面,現(xiàn)今主要著手于研發(fā)新興的表面改性技術(shù)。紫外輻照作為一種新的改性方法,其可在材料表面引入或形成活性基團(tuán),能有效提高材料表面的親水性和粘著力,并增強(qiáng)材料的生物活性,主要應(yīng)用于生物材料以及高分子材料的改性�；谧贤廨椪崭男缘奶攸c(diǎn),本文選用了生物材料類玻璃碳膜以及高分子材料聚酰亞胺,對(duì)其改性前后表面的物理性能、化學(xué)性能以及摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究。本文的主要研究結(jié)果及創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下:(1)揭示了紫外輻照改性對(duì)類玻璃碳膜表面性能的影響規(guī)律。紫外輻照改性能夠提高類玻璃碳表面的粗糙度、親水性、粘著力以及表面能,這些性質(zhì)的改善都有利于類玻璃碳在作為細(xì)胞培養(yǎng)基時(shí)細(xì)胞的吸附。不僅如此,紫外輻照改性會(huì)影響類玻璃碳膜表面的機(jī)械性能,導(dǎo)致其硬度略有下降,而楊氏模量變化不大。通過研究其改性前后的摩擦學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)樣品表面的摩擦力和摩擦系數(shù)會(huì)隨著輻照時(shí)間的增加而增加;而其表面的耐磨性在輻照前10 min影響不大,當(dāng)輻照時(shí)間增加到20 min,碳膜表面的耐磨性明顯降低。進(jìn)一步分析表明,紫外線的高能量以及臭氧的強(qiáng)氧化作用,會(huì)在類玻璃碳膜表面引入活性氧原子,生成羥基羧基等親水基團(tuán),且在改性過程中碳膜還會(huì)向無序石墨相轉(zhuǎn)變。(2)揭示了紫外輻照改性對(duì)聚酰亞胺表面性能的影響規(guī)律。紫外輻照改性能夠提高聚酰亞胺表面的粗糙度、親水性以及粘著力,這些性能的改善在聚酰亞胺材料作為撓性板的自粘帶時(shí)至關(guān)重要。壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著輻照時(shí)間的增加,聚酰亞胺材料表面的機(jī)械性能會(huì)有所降低,硬度和楊氏模量都會(huì)略微減小;隨著輻照時(shí)間的增加,聚酰亞胺表面的摩擦力和摩擦系數(shù)也會(huì)有所增加。劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同載荷下,隨著輻照時(shí)間的增加,樣品表面的劃痕深度逐漸增加;對(duì)于相同輻照時(shí)間的樣品,在酸性條件下、超純水以及大氣下的劃痕深度較淺,有較好的耐磨性,而經(jīng)過KOH處理的樣品在相同的輻照時(shí)間下劃痕深度最深,說明聚酰亞胺不耐強(qiáng)堿。進(jìn)一步分析表明,聚酰亞胺表面紫外輻照的改性主要?dú)w結(jié)為分子鏈的裂解和交聯(lián)的過程,聚酰亞胺在經(jīng)過紫外輻照處理后會(huì)產(chǎn)生自由基,自由基與自由基之間也會(huì)發(fā)生交聯(lián),生成更為穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu);聚酰亞胺不耐強(qiáng)堿,在堿性條件下也會(huì)發(fā)生類似的改性反應(yīng),而在酸性條件下則不會(huì)發(fā)生類似的反應(yīng),有良好的耐酸性。(3)開展了紫外輻照改性應(yīng)用探索研究。在不同輻照時(shí)間的碳膜樣品表面進(jìn)行了細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)紫外輻照改性過后樣品表面的生物親和性增強(qiáng);在輻照前10 min樣品表面細(xì)胞的粘附和增殖都有所增加,輻照20 min的樣品表面細(xì)胞則有所減小,因此較好的改性時(shí)間大約為10 min。同時(shí),對(duì)于改性后聚酰亞胺表面,開展了不同載荷下的劃痕實(shí)驗(yàn),并且加工出了一系列表面織構(gòu),相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為聚酰亞胺表面的探針直寫式加工提供了參考。本文研究了紫外輻照對(duì)類玻璃碳膜和聚酰亞胺薄膜的影響,利用紫外輻照成功的改善了類玻璃碳膜表面的生物親和性,并且改性后聚酰亞胺表面則更適合探針直寫式加工。相關(guān)研究對(duì)材料的紫外輻照改性應(yīng)用有著重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB306
【部分圖文】：

術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于其所涉及材料的性能要求也愈來愈工合成的現(xiàn)有材料已經(jīng)不能滿足人們對(duì)材料高性能的需求，用的材料進(jìn)行表面改性處理。表面改性技術(shù)具有一種跨學(xué)科面物理、固體物理、等離子體物理、表面化學(xué)、有機(jī)與無機(jī)、高分子材料學(xué)等多門學(xué)科技術(shù)；各個(gè)學(xué)科之間又相互滲透為一種別具一格的新型學(xué)科[1]。表面改性技術(shù)廣泛地應(yīng)用于航天領(lǐng)域、國(guó)防工業(yè)、軍工企業(yè)等。圖 1 顯示了表面改性技-1（a）中航空航天外殼材料的表面改性處理，可增強(qiáng)其表面b）顯示的是電子封裝材料的表面改性，其可提高電子產(chǎn)品的電常數(shù)；圖 1-1（c）中工業(yè)里使用的高溫絕緣陶瓷噴涂以及；圖 1-1（d）中生活常用家具的噴漆等[1-4]。表面改性可提升部件的壽命和可靠性，利于降低材料的生產(chǎn)成本，節(jié)約能源著十分重要的意義。

種技術(shù)[5]。其材料的表面性質(zhì)是材料性能的重要決定因素，引起與之對(duì)應(yīng)的材料界面性質(zhì)的改變。隨著形成新型的物質(zhì)集狀態(tài)和電子機(jī)構(gòu)的差異，其材料的性質(zhì)也隨之不同，由于面性質(zhì)出現(xiàn)新的功能。當(dāng)然，此類新的功能有好有壞，因此有利于我們需要的材料性質(zhì)。要改變材料的兩種性能，一種是材料表面特自的信息，例如原子結(jié)構(gòu)和分子機(jī)構(gòu)、組成與排布鍵合的方式、電子和結(jié)構(gòu)等。另一種是改變材料表面與外部物質(zhì)相互作用的信息，例澤度、親疏水性、化學(xué)反應(yīng)性、催化活性、耐腐蝕性、潤(rùn)濕性等。如圖 1-2 中，中科院上海硅酸研究所利用 PEO/PLLA 復(fù)改性，利用聚多巴胺將肝素固定在其表面，獲得了具有較好化表面的鎂合金[6]。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 3 頁熟，并且各自都有各自的電鍍特點(diǎn)，如圖 1-3 所示，這些電鍍工藝在工業(yè)中已經(jīng)得到泛的應(yīng)用[7]。隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)?jié)約材料、節(jié)約能源和環(huán)境保的要求也越來越高，因此電鍍行業(yè)也有著許多的發(fā)展，為了更加節(jié)約能源以及環(huán)境保護(hù)在不用電流源，利用適當(dāng)?shù)倪�原劑溶液中的金屬離子在材料表面還原沉積的化學(xué)處理方法，稱為化學(xué)鍍，也稱為無電解鍍[8]�；瘜W(xué)鍍本來就是一個(gè)自催化反應(yīng)的還原反應(yīng)過程，其析出的金屬自身具有還原能力，只需要調(diào)節(jié)金屬離子的濃度，就可以控制鍍的厚度。其相比較于電鍍，不用考慮電鍍時(shí)電流分布的問題，而且化學(xué)鍍析出的鍍層基體有很高的結(jié)合力，并且其鍍層空隙小，致密性也比電鍍更好，但是化學(xué)鍍的缺點(diǎn)很明顯，鍍液中由于金屬離子與還原劑同時(shí)存在，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)，即鍍液穩(wěn)定性較差，并且化學(xué)鍍速度較慢，鍍液化學(xué)性質(zhì)不好控制[9]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2828079