【摘要】：金屬及其合金在海洋環(huán)境下面臨嚴重的腐蝕與生物污損問題,這極大地限制了該類材料在船舶艦艇、機械制造、航空航天等領域的廣泛應用。潤濕性是固體材料表面的重要性質(zhì)之一。近年來,通過向自然學習,仿生超疏水材料在自清潔、油水分離、流體減阻、防霧防冰、霧氣收集等領域展現(xiàn)出潛在的應用前景,受到了國內(nèi)外科研人員的廣泛關注�；诒砻妾毺氐某馑匦�,金屬基超疏水表面為海洋防腐防污提供了一種可能。本文發(fā)展了兩種高效制備超疏水表面的方法,即高壓硬質(zhì)陽極氧化法和脂肪酸一步電沉積法,成功設計和構(gòu)筑了鋁基仿生超疏水表面,同時還深入研究其自清潔、海洋防腐防污、化學穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等方面的性能,并揭示了相應機制。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:發(fā)展了一種高壓硬質(zhì)陽極氧化法制備鋁基仿生超疏水表面,首次制備得到了基于納米線自聚集的類康乃馨超親水和超疏水表面,完善和豐富了陽極氧化表面形貌演變模型,首次將表面形貌隨陽極氧化時間的變化歸納為納米管結(jié)構(gòu)(小管徑)-納米管結(jié)構(gòu)(大管徑)-納米線結(jié)構(gòu)-類金字塔結(jié)構(gòu)-類康乃馨結(jié)構(gòu)。此外,電化學和生物附著實驗結(jié)果顯示,類康乃馨超疏水表面在海洋防腐和防生物附著方面展現(xiàn)出非常好的應用潛力。此外,該表面還展現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和自清潔性能,能夠使具有更低表面張力的高溫水滴在表面仍呈Cassie模型接觸,為該類超疏水表面在高溫環(huán)境下的服役提供了可能。發(fā)展了一種高效制備鋁基仿生超疏水表面的脂肪酸一步電沉積法,該方法操作簡便、制備快速、成本低廉、環(huán)境友好、基材廣適性強,能夠在電沉積過程中使表面同時獲得類荷葉微納多級結(jié)構(gòu)和低表面能,相比傳統(tǒng)方法具有明顯的優(yōu)勢,是一種應用潛力巨大的制備手段。論文采用一步電沉積法分別完成了硬脂酸體系、棕櫚酸體系和肉豆蔻酸體系的研究工作,分別得到了靜態(tài)接觸角為169.7°、167.4°和162.1°的超疏水表面。進一步性能測試發(fā)現(xiàn),采用脂肪酸一步電沉積法制備的超疏水表面均展現(xiàn)出優(yōu)異的海洋防腐、防污特性,同時還具有良好的化學穩(wěn)定性、耐久性、機械穩(wěn)定性和自清潔等性能,這極大地拓展了該類超疏水材料的應用領域。本論文的研究還揭示了仿生超疏水表面在海洋環(huán)境下的防腐防污機制,即超疏水表面典型的微納多級結(jié)構(gòu)的間隙可截留空氣層,形成的“空氣墊”能夠大幅降低腐蝕介質(zhì)與基體之間的接觸面積,腐蝕液體在表面呈Cassie模型接觸,極大地阻礙了由腐蝕介質(zhì)滲透或擴散至基體材料而引發(fā)的腐蝕過程。此外,超疏水表面所具有的極低的表面能和黏附力,讓海洋微生物很難在其表面附著,極大地抑制了生物污損的發(fā)生。本論文的研究工作證實了仿生超疏水表面可以為金屬或合金材料面臨的海洋腐蝕與生物污損問題提供了一種有效的解決方案,是一種非常有前景的防護技術(shù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院海洋研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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