本文關(guān)鍵詞：電刷鍍制備銅膜及超疏水性能的研究

  更多相關(guān)文章： 電刷鍍 超疏水 分級(jí)結(jié)構(gòu) 各向異性

【摘要】：金屬材料作為人類生產(chǎn)生活中應(yīng)用最廣泛的工程材料有著不可取代的地位,但金屬本身的一些特點(diǎn)也制約了金屬材料在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。固體表面的潤(rùn)濕性取決于固體表面粗糙度以及表面自由能,由于金屬表面較高的表面自由能使得金屬材料具有親水特性,很容易被液體浸濕進(jìn)而被腐蝕,因此金屬材料在潮濕或水域環(huán)境中的應(yīng)用受到較大的限制。金屬材料的表面自由能不容易被改變,如果能夠通過控制材料表面微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分而使得金屬材料表面疏水甚至是超疏水,這將會(huì)拓寬材料的應(yīng)用領(lǐng)域,也將顛覆金屬材料親水的傳統(tǒng)。隨著各個(gè)獨(dú)立學(xué)科及交叉學(xué)科的研究發(fā)展,無論是固體表面潤(rùn)濕性能的理論研究,還是制備具有特殊潤(rùn)濕性能固體表面的技術(shù)工藝,都有了非常重大的進(jìn)步并且日臻成熟。“荷葉效應(yīng)”就是這一研究領(lǐng)域的熱門話題之一,落在荷葉表面的水珠同落在其它物體表面不同,水珠會(huì)形成規(guī)則的可在荷葉表面隨意滾動(dòng)的球形水滴。研究人員發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于荷葉表面具有特殊的微觀結(jié)構(gòu)以及疏水的蠟質(zhì)層。根據(jù)現(xiàn)有的理論以及技術(shù)工藝,人們制備了很多具有特殊潤(rùn)濕性能的材料,尤其是超疏水材料。但是受限于理論以及工藝,疏水材料的制備普遍都涉及到表面化學(xué)修飾。就金屬材料而言,經(jīng)化學(xué)修飾的金屬表面其熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能不能滿足生產(chǎn)應(yīng)用的要求,在特殊的環(huán)境下很容易遭到破壞而導(dǎo)致其表面疏水性能的消失;而且,金屬材料良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱等特性會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)修飾層而受到影響。除此之外,另一個(gè)重要的研究難題在于如何構(gòu)建與荷葉表面類似的微觀結(jié)構(gòu),依靠現(xiàn)有的技術(shù)工藝很難達(dá)到這一要求。綜上所述,在不采用任何表面化學(xué)修飾的前提下,使金屬材料表面具備超疏水性,甚至是各向異性的潤(rùn)濕性能,在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文通過改良刷鍍技術(shù),采用一步刷鍍工藝,通過控制各項(xiàng)刷鍍參數(shù),并通過合理配制鍍液,在經(jīng)過預(yù)處理的銅箔表面制備出一系列無方向性和有方向性且具有不同結(jié)構(gòu)和形貌的銅膜。采用一系列材料表征手段,如掃描電子顯微鏡(SEM)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X射線衍射儀(XRD)和X射線光電子能譜儀(XPS),分別對(duì)制備的銅膜樣品進(jìn)行了表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的分析;而且對(duì)銅膜樣品表面的潤(rùn)濕性能進(jìn)行測(cè)試,探究了銅膜樣品表面結(jié)構(gòu)對(duì)其潤(rùn)濕性能的影響以及樣品表面是否具有方向性對(duì)各向異性潤(rùn)濕性能的影響。主要研究結(jié)果如下:1.通過改良刷鍍技術(shù),控制刷鍍參數(shù)尤其是刷鍍電壓(2.0~4.0V),并合理配制鍍液,采用一步刷鍍工藝,在經(jīng)過預(yù)處理的銅箔表面構(gòu)建了類似荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)-三級(jí)分級(jí)結(jié)構(gòu),即一級(jí)的納米晶粒結(jié)構(gòu),二級(jí)的亞微米凸起結(jié)構(gòu)和三級(jí)的微米乳突結(jié)構(gòu),而這三個(gè)級(jí)別的結(jié)構(gòu)按照由大到小的順序依次疊加。其中刷鍍電壓的改變影響第三級(jí)結(jié)構(gòu)-微米級(jí)的乳突結(jié)構(gòu),而不影響其它兩級(jí)結(jié)構(gòu)。2.通過對(duì)銅箔表面預(yù)處理進(jìn)行方向性的構(gòu)造,然后采用改進(jìn)的一步電刷鍍技術(shù)進(jìn)行刷鍍制備出帶有方向性的銅膜,其表面的微觀結(jié)構(gòu)也具有明顯的結(jié)構(gòu)分級(jí)現(xiàn)象,且第三級(jí)的微米乳突結(jié)構(gòu)呈有序排列,并對(duì)平行及垂直方向分別進(jìn)行接觸角測(cè)量,發(fā)現(xiàn)方向性銅膜樣品表面的潤(rùn)濕性具有各向異性。3.根據(jù)潤(rùn)濕理論,并通過理論推導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)觀察研究了銅膜樣品表面特殊潤(rùn)濕性能,發(fā)現(xiàn)只依靠表面結(jié)構(gòu)構(gòu)建制備出的銅膜表面具有良好的超疏水效果,接觸角可達(dá)151°。
【關(guān)鍵詞】：電刷鍍 超疏水 分級(jí)結(jié)構(gòu) 各向異性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ153.14
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 超疏水表面制備的理論基礎(chǔ)13-18
• 1.2.1 潤(rùn)濕行為研究的相關(guān)定義13-15
• 1.2.2 潤(rùn)濕相關(guān)的三大理論15-17
• 1.2.3 Cassie潤(rùn)濕狀態(tài)的穩(wěn)定性17-18
• 1.2.4 表面張力和表面自由能18
• 1.3 制備具有超疏水性表面的方法18-23
• 1.3.1 化學(xué)沉積法19
• 1.3.2 光刻法19-20
• 1.3.3 模板印刷法20-21
• 1.3.4 溶膠-凝膠法21
• 1.3.5 電紡絲法21-22
• 1.3.6 蒸汽誘導(dǎo)相分離法22
• 1.3.7 腐蝕法22
• 1.3.8 其他方法22-23
• 1.4 電刷鍍技術(shù)23-25
• 1.4.1 電刷鍍基本原理23-24
• 1.4.2 電刷鍍工藝過程24
• 1.4.3 結(jié)晶生長(zhǎng)機(jī)理24-25
• 1.5 具有超疏水性表面的應(yīng)用25-28
• 1.5.1 防冰雪粘附26
• 1.5.2 流體減阻26
• 1.5.3 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域26
• 1.5.4 織物上的應(yīng)用26-27
• 1.5.5 金屬防腐27
• 1.5.6 光學(xué)領(lǐng)域27-28
• 1.5.7 電池中的應(yīng)用28
• 1.6 選題意義及研究?jī)?nèi)容28-30
• 第2章 具有超疏水性的銅膜制備與表征30-38
• 2.1 引言30
• 2.2 粗糙結(jié)構(gòu)表面的制備30-35
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)基材與藥品30-31
• 2.2.2 樣品制備實(shí)驗(yàn)平臺(tái)31-32
• 2.2.3 樣品制備實(shí)驗(yàn)過程32-35
• 2.2.3.1 配制鍍液過程32-34
• 2.2.3.2 銅箔預(yù)處理34
• 2.2.3.3 刷鍍工藝流程34-35
• 2.3 實(shí)驗(yàn)表征35-38
• 2.3.1 表面微觀形貌分析35
• 2.3.2 樣品晶體結(jié)構(gòu)分析35-36
• 2.3.3 樣品組成分析36
• 2.3.4 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性能分析36
• 2.3.5 樣品表面水滴形態(tài)測(cè)試36-38
• 第3章 無方向性銅膜樣品的制備及表面潤(rùn)濕性能的研究38-52
• 3.1 引言38-39
• 3.2 無方向性銅膜的制備39
• 3.3 無方向性銅膜樣品表征分析39-50
• 3.3.1 微觀形貌分析39-42
• 3.3.2 成分分析42-44
• 3.3.3 潤(rùn)濕行為分析44-50
• 3.3.3.1 潤(rùn)濕機(jī)制44-46
• 3.3.3.2 潤(rùn)濕行為分析46-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第4章 有方向性銅膜樣品的制備及表面潤(rùn)濕性能的研究52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 有方向性銅膜樣品的制備53
• 4.3 有方向性銅膜樣品表征分析53-61
• 4.3.1 微觀形貌分析53-57
• 4.3.2 成分分析57-59
• 4.3.3 潤(rùn)濕性能分析59-61
• 4.3.3.1 超疏水性59-61
• 4.3.3.2 各向異性61
• 4.4 本章小結(jié)61-64
• 第5章 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-77
• 致謝77

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