本文關(guān)鍵詞：不銹鋼表面仿生結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及疏水性研究

  更多相關(guān)文章： 不銹鋼 仿生 激光加工 化學(xué)刻蝕 電沉積 化學(xué)氣相沉積 潤濕性能

【摘要】：不銹鋼作為一種常見的金屬材料,由于其卓越的力學(xué)性能、耐低溫、耐蝕性、耐磨性和工藝性能等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè),包括汽車、建筑、船舶、航空工業(yè)和醫(yī)療器械等。然而,隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展,人們對(duì)于材料的使用性能和工藝性能要求的不斷提高,傳統(tǒng)的不銹鋼材料已經(jīng)不能滿足要求,對(duì)不銹鋼進(jìn)行表面改性處理漸漸成為研究熱點(diǎn)。受到具有特殊潤濕性能生物表面結(jié)構(gòu)(如荷葉、玫瑰花瓣)的啟發(fā),我們運(yùn)用化學(xué)刻蝕技術(shù)、電沉積技術(shù)和激光加工技術(shù),在304不銹鋼基體上成功制備出具有一定粗糙結(jié)構(gòu)的表面,特別是將石墨烯薄膜應(yīng)用于仿生不銹鋼材料表面,進(jìn)行不銹鋼表面疏水方面的改性處理,是一種新的嘗試,拓展了具有仿生結(jié)構(gòu)的不銹鋼材料和石墨烯在疏水方面的應(yīng)用范圍。通過一種簡單、快速和低成本的化學(xué)刻蝕過程,在不銹鋼基底上成功制備出仿生結(jié)構(gòu),然后經(jīng)過低表面能物質(zhì)DTS(CH3(CH2)11Si(OCH3)3)浸泡處理后,不銹鋼表面獲得超疏水特性。當(dāng)刻蝕劑濃度三氯化鐵(Fe Cl3,2mol/L),鹽酸(HCl,37%)和雙氧水(H2O2,30%),體積比(Fe Cl3+HCl+H2O2(15:1:1 vol%))時(shí),不銹鋼表面獲得水的靜態(tài)接觸角達(dá)到158°�；瘜W(xué)刻蝕劑的濃度對(duì)不銹鋼表面的微納米級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和表面潤濕性有著重要作用,刻蝕時(shí)間對(duì)不銹鋼表面的潤濕性能影響相對(duì)較小。在冷表面上對(duì)普通不銹鋼和超疏水不銹鋼表面結(jié)霜過程進(jìn)行顯微觀察,包括液滴凝結(jié)時(shí)間、霜晶生長位置等。結(jié)果表明具有超疏水性的不銹鋼表面能夠明顯延長水滴凝結(jié)所需要的時(shí)間。受到玫瑰花瓣表面結(jié)構(gòu)的啟發(fā),在不銹鋼上用激光加工法成功制備出仿玫瑰花瓣的周期性微柱結(jié)構(gòu),并以此為基體成功轉(zhuǎn)移上單層石墨烯薄膜,實(shí)現(xiàn)不銹鋼表面由超親水狀態(tài)到疏水狀態(tài)的轉(zhuǎn)變,獲得表面接觸角為128°。通過多次試驗(yàn)分析,對(duì)比試驗(yàn)參數(shù)如掃描形狀、激光功率、掃描間隔、激光線寬和熱影響區(qū)域?qū)Ρ砻嫘蚊驳挠绊�。在不銹鋼表面上,當(dāng)激光掃描出的微柱直徑為80μm,微柱的中心間距為100μm;激光器參數(shù)為:頻率20k Hz,掃描速度500mm/s,功率50%的情況下,采用激光加工技術(shù)在不銹鋼表面制備出仿玫瑰花瓣的周期性微柱結(jié)構(gòu),并對(duì)制備表面進(jìn)行潤濕性、微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成等方面進(jìn)行分析。通過電沉積鍍鎳法成功在不銹鋼表面生長出三維石墨烯結(jié)構(gòu),獲得疏水性表面,表面接觸角高達(dá)152°。先以不銹鋼作為基體材料,通過電沉積法形成一層薄薄的鎳膜作為中間鍍層,再以其為催化劑,采用化學(xué)氣相沉積法制備出具有超疏水特性的仿生石墨烯薄膜,并分別對(duì)鍍鎳不銹鋼表面和仿生石墨烯薄膜的微觀形貌和潤濕性能進(jìn)行分析。綜合考慮在不銹鋼鍍鎳過程中,電解質(zhì)濃度、沉積時(shí)間和電流密度對(duì)不銹鋼表面形貌和結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)電解質(zhì)溶液由氯化鎳(濃度250g/L)、硼酸(濃度60 g/L)和十二烷基磺酸鈉(濃度0.15g/L)組成,電流密度為5A/dm2,在45℃下電鍍5min,最終在不銹鋼表面上成功沉積出具有雪花狀微納米結(jié)構(gòu)的鎳層。利用電沉積法在不銹鋼表面電鍍一層鎳膜作為生長石墨烯的催化劑,并通過CVD技術(shù)在不銹鋼表面成功生長出石墨烯。采用掃描電鏡對(duì)不銹鋼基體上的鎳膜和其表面生長的石墨烯形貌進(jìn)行觀察分析,通過拉曼光譜對(duì)化學(xué)氣相沉積法生長的石墨烯質(zhì)量、層數(shù)進(jìn)行表征,并測(cè)量其疏水性能。
【關(guān)鍵詞】：不銹鋼 仿生 激光加工 化學(xué)刻蝕 電沉積 化學(xué)氣相沉積 潤濕性能
【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)】：TG178
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 選題背景與意義11-12
• 1.2 仿生表面制備方法12-18
• 1.2.1 化學(xué)刻蝕法13-14
• 1.2.2 電化學(xué)沉積法14-16
• 1.2.3 溶膠凝膠法16-17
• 1.2.4 激光加工法17-18
• 1.3 仿生石墨烯結(jié)構(gòu)材料的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.4 仿生疏水表面的拓展應(yīng)用23-28
• 1.4.1 抑霜防凍23-25
• 1.4.2 油水分離25-27
• 1.4.3 腐蝕防護(hù)27-28
• 1.5 主要研究內(nèi)容28-29
• 第2章 制備方案與表征方法29-39
• 2.1 試驗(yàn)材料29
• 2.2 試驗(yàn)試劑29
• 2.3 制備方案29-34
• 2.3.1 不銹鋼前期處理工藝29-30
• 2.3.2 化學(xué)刻蝕法制備不銹鋼基超疏水表面30
• 2.3.3 激光加工法在不銹鋼上制備石墨烯仿生結(jié)構(gòu)30-33
• 2.3.4 電沉積鍍鎳法在不銹鋼生長石墨烯33-34
• 2.4 表征方法34-36
• 2.4.1 表面微觀形貌觀察34-35
• 2.4.2 表面潤濕性表征35
• 2.4.3 表面成分分析35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-39
• 第3章 化學(xué)刻蝕法制備不銹鋼超疏水表面39-49
• 3.1 超疏水表面的制備方法39
• 3.1.1 化學(xué)刻蝕39
• 3.1.2 表面修飾處理39
• 3.2 超疏水不銹鋼表面的微觀形貌39-41
• 3.3 超疏水表面的成分表征41-43
• 3.3.1 超疏水表面化學(xué)成分分析41-42
• 3.3.2 超疏水表面的涂層形成機(jī)理42-43
• 3.4 超疏水表面的疏水性能43-44
• 3.5 超疏水表面的防霜性能44-47
• 3.5.1 試驗(yàn)裝置44
• 3.5.2 試驗(yàn)步驟44-45
• 3.5.3 抑霜性能研究45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第4章 激光加工法在不銹鋼表面制備仿生石墨烯結(jié)構(gòu)49-59
• 4.1 實(shí)驗(yàn)過程49-53
• 4.1.1 周期性微柱結(jié)構(gòu)的制備49
• 4.1.2 銅箔襯底預(yù)處理49-50
• 4.1.3 CVD石墨烯生長機(jī)理及過程50-51
• 4.1.4 單層石墨烯轉(zhuǎn)移過程51-53
• 4.2 仿生石墨烯結(jié)構(gòu)的形貌分析53-55
• 4.3 仿生石墨烯結(jié)構(gòu)的疏水性能55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-59
• 第5章 電沉積法在不銹鋼表面生長仿生石墨烯結(jié)構(gòu)59-67
• 5.1 鋼基三維石墨烯結(jié)構(gòu)的制備59-61
• 5.1.1 電沉積過程59-60
• 5.1.2 石墨烯生長過程60-61
• 5.2 仿生石墨烯結(jié)構(gòu)的微觀形貌61-63
• 5.3 石墨烯的成分表征63-64
• 5.4 仿生石墨烯的疏水性能64
• 5.6 本章小結(jié)64-67
• 第6章 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-77
• 導(dǎo)師簡介77-79
• 作者簡介79-81
• 致謝81

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