【摘要】：銅及其合金材料因具有高的導熱導電性能和優(yōu)異的力學性能,在工農(nóng)業(yè)、日常生活和新型產(chǎn)業(yè)領域中具有廣泛的應用。但是,銅材在使用過程中容易受到所在環(huán)境的影響。尤其是在潮濕、高溫和某些腐蝕性介質中,銅表面極易被腐蝕使其外觀、機械性能和使用性能下降,這使銅材的應用受到了極大的限制。在銅表面構建具有超疏水性能的薄膜,可以有效的降低銅表面的腐蝕速率。然而,目前人工制備的超疏水表面因穩(wěn)定性和耐久性差的缺點,極大的限制了超疏水表面的研究和進一步發(fā)展。因此,制備具有長效性的超疏水表面已經(jīng)得到了國內外研究人員的極大關注和研究。本研究通過簡便環(huán)保的水熱法制備得到超疏水銅表面。利用接觸角測量,SEM觀察、XRD、FT-IR和EDS測量分析研究了所制備的超疏水銅表面的潤濕性,表面微觀結構,相結構和化學結構。并對制備的銅基超疏水表面耐磨性、耐腐蝕性、穩(wěn)定性和自清潔/防粘附性能及其機理進行了詳細探討,主要工作內容如下:(1)超疏水銅表面的制備:探索通過水熱法制備了銅基超疏水表面。考察了S/CTAB毫摩爾比、反應溫度、反應時間等工藝條件對銅表面潤濕性能的影響,最終確定在S/CTAB毫摩爾比為0.2于160~oC反應6 h的工藝條件下制備得到銅基超疏水表面,其接觸角為156.2o滾動角為4o。通過XRD測試、SEM圖像和FT-IR分析結果表明:所制備的超疏水銅表面是由大量具有微米和納米級二元粗糙結構的Cu_2S晶體顆粒組成,其表面接枝了疏水性烷基長鏈,二者共同賦予銅表面具有超疏水特性。(2)超疏水銅表面的耐磨性和耐腐蝕性能:利用摩擦實驗對制備得到的銅基超疏水表面的耐磨性進行測試表征,結果顯示:經(jīng)200 ~oC處理后超疏水表面在磨損距離為500mm后依然表現(xiàn)出良好的疏水性。采用電化學工作站和鹽水溶液浸泡的方法對制備的銅基超疏水表面的耐腐蝕性進行了考察,結果表明:與空白銅材相比,超疏水銅的腐蝕電流密度降低了近3個數(shù)量級,超疏水銅表面緩蝕率為99.9%。經(jīng)NaCl溶液浸泡后超疏水表面接觸角下降緩慢,表明銅基超疏水表面具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。(3)超疏水銅表面的長效性:將不同水性液滴滴注在超疏水銅表面,液滴均呈球狀形態(tài),表明所制備的超疏水銅表面對不同親水性溶液均具有良好的疏水性即該超疏水表面具有一定的普適性。其次,通過不同pH水滴、UV照射時長和放置一年后表面潤濕性的變化表明:超疏水銅表面具有良好的耐酸堿穩(wěn)定性、耐紫外穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性。(4)超疏水表面自清潔/防粘附性能:通過在超疏水銅表面鋪覆粉筆灰、煙灰、泥土等模擬污染物,在水滴的帶動下帶離超疏水銅表面的效果和超疏水銅浸入粉筆灰分散體后在其表面的粘附情況,三種不同的表征方法對超疏水銅表面自清潔/防粘附性能進行了表征。結果顯示:水滴極易帶走超疏水銅表面的污染物,超疏水銅表面在粉筆灰分散體中未粘附污染物,說明所制備的超疏水銅表面表現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔/防粘附性能,這種性能是由于所構建的超疏水表面特有的微納米級結構和低表面能共同作用而賦予的。
【圖文】：

及工業(yè)中應用極為廣泛，主要應用于電氣、建筑、機械制造及交通等多個行業(yè)。其中，不僅包括了傳統(tǒng)工業(yè)，同時，在新興高科技術產(chǎn)業(yè)領域中發(fā)揮了關鍵作用，而且其地位是不可取代的。譬如海洋船舶的關鍵件、火力發(fā)電和衛(wèi)星上的太陽翼板等(如圖1.1所示)。隨著社會的進步發(fā)展，對銅材優(yōu)異性能的利用己不再僅僅局限于其導電性能，其優(yōu)異的機械性能被進一步得以應用。圖 1.1 銅材料的應用1.1.2 銅在使用中存在的問題金屬材料在使用過程中經(jīng)常發(fā)生腐蝕，如圖 1.2 為各種銅材腐蝕性照片。金屬腐蝕[2]是指金屬材料在外界環(huán)境的作用下，發(fā)生氧化反應而導致金屬物理化學狀態(tài)改變、性能下降甚至破壞失效的過程。這是日常生活與工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的破壞因素。銅制品在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中大量應用中暴露出最多的問題是腐蝕問題。金屬腐蝕是熱力學自發(fā)不可逆過程，按腐蝕機理不同主要分為電化學腐蝕和化學腐蝕。銅和它的合金干燥的空氣中有較好的耐腐蝕能力表現(xiàn)很穩(wěn)定。但在潮濕的空氣或具有一定腐蝕性的溶液里其表面極易生成一層綠色的堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]即銅綠。

圖 1.2 各種銅材腐蝕性照片題的措施蝕措施可采用以下途徑：合理選用耐腐蝕的合金材料；介劑[4]；金屬表面覆蓋層[5]等。但是，以上幾種防腐方法具有境有污染的缺點。超疏水膜技術是近年來涌現(xiàn)出的新型且低，也是目前防腐蝕技術中一種很好的防腐蝕處理方法。但的長效性和穩(wěn)定性比較差，，在受到外力摩擦以及油性污染等能極易失效，這極大地限制了超疏水表面的實際應用和研的超疏水表面是超疏水材料實用化的急切需求。表面現(xiàn)象，適者生存。在漫長的進化過程中有些動植物因其具備特殊
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2663523