本文關(guān)鍵詞：鋁合金表面仿生石墨烯涂層制備與性能

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【摘要】：鋁元素在地殼金屬元素總量中占據(jù)最大的比例,鋁合金具有很多優(yōu)于其他金屬的性質(zhì),比如密度小、便于加工、防腐性能好、機械強度高,廣泛應用于航空航天、汽車制造業(yè)和化工業(yè)等領(lǐng)域中。鋁合金表面的潤濕性和表面防冰、減阻、防腐、導熱等性能存在緊密的聯(lián)系,因此研究鋁合金表面的潤濕性對鋁合金的應用具有重要的意義。自然界中存在很多具有獨特就結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的生物,如荷葉、玫瑰花瓣、蝴蝶翅膀和甲殼蟲等。近年來,玫瑰花瓣和荷葉以其優(yōu)良的疏水性引起人們廣泛關(guān)注,這些功能與其表面微觀結(jié)構(gòu)存在緊密的聯(lián)系。受自然界生物卓越的性能啟發(fā),在現(xiàn)代材料制備中,人們重視模仿生物結(jié)構(gòu)來制備具有相似性質(zhì)的人工材料,即仿生功能材料。在金屬表面進行仿生改性,是改善金屬表面性能的一個新的途徑。如賦予金屬材料超疏水性,則能夠提高金屬的耐腐蝕性和抗氧化性,同時能夠擴展鋁合金在多個領(lǐng)域的應用范圍。石墨烯具有獨特的潤濕特性,因此在超疏水材料制備方面拓展了空間,目前很多研究學者試圖利用石墨烯構(gòu)建仿生多功能表面,立足在賦予表面其他方面的性能,如耐腐蝕、耐磨性等。石墨烯為新型仿生納米結(jié)構(gòu)的制備上拓展了空間和思路,同時也擴展了石墨烯的應用范圍。如將石墨烯涂層在金屬基底上,既有可能促進鋁合金的性能提高,也能發(fā)揮石墨烯的優(yōu)越性質(zhì)。本論文通過兩種方法制備鋁合金表面疏水石墨烯涂層,一種是化學還原氧化石墨烯,然后旋涂技術(shù)在鋁合金基底上制備薄膜,接觸角測量后最高值為153.7±2°。增加石墨烯涂層后表面的耐磨性相對于純樣本來說明顯增強。電化學測試結(jié)果表明由于超疏水石墨烯涂層具有保護作用,能夠有效地抑制鋁合金腐蝕。另一種是用CVD設(shè)備以銅箔為襯底沉積單層石墨烯,然后結(jié)合PMMA轉(zhuǎn)移技術(shù)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移到經(jīng)車床加工后的鋁合金基底。受玫瑰花的表面微觀結(jié)構(gòu)所啟發(fā),先后通過機床在鋁合金表面微加工和CVD石墨烯涂層的方法來構(gòu)建仿生疏水表面。在鋁合金表面構(gòu)建微米級粗糙形態(tài)仿生表面,表面凸包結(jié)構(gòu)直徑分別為250μm和100μm,對應凸包間距分別為250μm和100μm。然后,將CVD方法制備的石墨烯轉(zhuǎn)移到加工后的鋁合金表面。薄膜干燥后,對得到的鋁合金仿生表面形貌進行觀察,分析表面潤濕性、化學成分、及形貌進行分析。結(jié)果表明單層石墨烯成功的轉(zhuǎn)移到了加工的鋁合金基底上,提高了基底的疏水角。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 鋁合金 CVD 氧化還原法
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG178
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 選題目的和意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 仿生超疏水鋁合金表面的制備12-13
• 1.2.2 仿生石墨烯研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3 仿生超疏水表面的應用前景18-20
• 1.3.1 電學性能18
• 1.3.2 抑霜防凍性能18
• 1.3.3 超雙疏特性18-19
• 1.3.4 可逆轉(zhuǎn)可響應性能19
• 1.3.5 透明性19-20
• 1.4 主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 材料、試劑和研究方法22-34
• 2.1 試驗材料22
• 2.2 試驗試劑22-23
• 2.3 試驗儀器23-28
• 2.4 研究方法28-33
• 2.4.1 微觀形貌觀察29
• 2.4.2 化學成分分析29-32
• 2.4.3 潤濕性性能測試32
• 2.4.4 耐腐蝕性分析32
• 2.4.5 摩擦磨損性能測試32-33
• 2.5 本章小節(jié)33-34
• 第3章 旋涂法在鋁合金表面制備超疏水石墨烯涂層34-48
• 3.1 石墨烯制備方法34-36
• 3.2 制備過程36-38
• 3.2.1 改進Hummer's法制備氧化石墨烯36
• 3.2.2 石墨烯涂層的制備36-38
• 3.3 表面形貌及成分分析38-41
• 3.4 摩擦磨損性能分析41
• 3.5 耐腐蝕性分析41-45
• 3.5.1 Tafel曲線分析42-43
• 3.5.2 電化學阻抗譜43-44
• 3.5.3 等效電路EEC及腐蝕機制分析44-45
• 3.6 本章小節(jié)45-48
• 第4章 CVD法在鋁合金表面制備石墨烯涂層及性能48-58
• 4.1 制備過程48-52
• 4.1.1 鋁合金加工48-49
• 4.1.2 銅箔襯底處理49
• 4.1.3 CVD生長工藝流程49-52
• 4.2 CVD法制備石墨烯原理52-53
• 4.3 鹽酸預處理對石墨烯生長形貌和質(zhì)量的影響53-54
• 4.4 仿生石墨烯涂層的形貌及成分分析54-56
• 4.5 表面潤濕性分析56
• 4.6 本章小結(jié)56-58
• 第5章 結(jié)論58-60
• 參考文獻60-70
• 導師簡介70-72
• 作者簡介72-74
• 致謝74-75

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本文編號：1099837