發(fā)布時(shí)間：2017-07-13 14:16

  本文關(guān)鍵詞：銅基超疏水表面的制備及性能研究

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【摘要】：銅及銅合金材料具有質(zhì)輕、可機(jī)加工性、導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性等優(yōu)異性能,從而被廣泛應(yīng)用于電子等工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中,是與人類(lèi)關(guān)系非常密切的有色金屬。但是在高濕低溫等復(fù)雜嚴(yán)苛的環(huán)境下,銅及其合金極易發(fā)生腐蝕和結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象,這對(duì)電子器件與設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅。于是,對(duì)銅及其合金在耐腐蝕、防霜防冰等性能方面的要求也更加迫切。針對(duì)表面的這些性能缺陷,對(duì)銅及其合金進(jìn)行表面處理是一種最常見(jiàn)的保護(hù)措施。近年來(lái),銅材表面的超疏水化處理是一個(gè)研究熱點(diǎn),大量研究發(fā)現(xiàn),超疏水表面由于其強(qiáng)大的疏水特性使得水分子難以滲入超疏水表面內(nèi)部,由此提高了其耐腐蝕、防覆冰及自清潔等性能。本論文旨在建立簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)構(gòu)建銅基超疏水表面,以獲得具有耐蝕、防覆冰等優(yōu)異性能的銅材,這將對(duì)潮濕低溫下銅材的使用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義�；谝陨夏康�,本論文采用兩種簡(jiǎn)便有效的方法制備了銅基超疏水表面,并研究了其表面耐腐蝕、防覆冰以及自清潔等性能,主要工作內(nèi)容如下:(1)選用過(guò)硫酸銨和Na OH作為氧化劑,通過(guò)氧化處理在銅片表面構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變Na OH溶液濃度,分別形成玫瑰花狀、六方片層狀、絨球狀、納米片狀的Cu O薄膜,探討了Cu O形成機(jī)制以及粗糙結(jié)構(gòu)對(duì)最終樣品疏水性的影響,為理性設(shè)計(jì)并精確控制氧化銅形貌提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。(2)用含有20 mmol/L STA的乙醇溶液對(duì)經(jīng)過(guò)氧化處理的銅基材料進(jìn)行修飾處理來(lái)構(gòu)建超疏水銅基表面。通過(guò)掃描電鏡觀察到經(jīng)STA修飾后,銅片表面形成菊花狀微米級(jí)結(jié)構(gòu),每朵“菊花”由很多直徑大約在30-50 nm左右的納米棒組成,這些納米棒向一個(gè)中心聚集而呈放射狀,構(gòu)成微-納二元分級(jí)結(jié)構(gòu)�？疾炝薙TA-乙醇溶液的浸泡時(shí)間對(duì)銅基表面接觸角的影響,最終確定當(dāng)浸泡時(shí)間為24 h時(shí),所得銅基材料的疏水性能最好,其水接觸角可達(dá)157.3°,滾動(dòng)角小于5°。(3)利用一定濃度的硝酸銀-十二烷基硫醇對(duì)經(jīng)過(guò)氧化處理的銅基材料進(jìn)行修飾處理來(lái)構(gòu)建超疏水銅基表面。考察了硝酸銀-十二烷基硫醇修飾的銅片表面形貌,探索了十二烷基硫醇-乙醇溶液浸泡時(shí)間對(duì)表面接觸角的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):十二烷基硫醇修飾后,表面形成了均勻排列的納米乳突與夾雜的微孔構(gòu)成的納米空穴結(jié)構(gòu),最終確定在十二烷基硫醇中的最佳浸泡時(shí)間為8 h,此時(shí)超疏水性最好,其接觸角可達(dá)158.3°、滾動(dòng)角為3°。(4)采用動(dòng)態(tài)極化曲線(xiàn)分析了STA-乙醇溶液浸泡法制備的銅基超疏水表面的耐蝕性能。結(jié)果表明:相對(duì)于空白銅片,超疏水試樣的腐蝕電流密度降低而腐蝕電位升高,說(shuō)明超疏水化處理使銅材的耐腐蝕性得到改善,緩蝕率可達(dá)到95.2%。進(jìn)一步考察了不同接觸角試樣在3.5 wt%的Na Cl溶液中的動(dòng)態(tài)極化曲線(xiàn),結(jié)果表明,隨著接觸角增大,其耐蝕性逐漸增強(qiáng)。(5)考察了硝酸銀-十二烷基硫醇浸泡法構(gòu)建的超疏水表面在鹽水中的耐蝕穩(wěn)定性,結(jié)果表明:超疏水化處理大大提高了銅材的抗腐蝕性。通過(guò)SEM、XRD、EDS測(cè)試對(duì)超疏水表面耐蝕機(jī)理及失效原因作了分析:銅基超疏水表面的微納結(jié)構(gòu)及低表面能的物質(zhì),使大量空氣充斥在微結(jié)構(gòu)的縫隙和孔洞中,阻止腐蝕介質(zhì)與基底的直接接觸,有效抑制了腐蝕的發(fā)生。當(dāng)腐蝕時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),鹽溶液逐漸破壞了材料表面微結(jié)構(gòu)和疏水物質(zhì),使其超疏水性能失效。(6)通過(guò)對(duì)比在低溫環(huán)境下,水滴在空白銅片和超疏水銅片表面的開(kāi)始結(jié)冰時(shí)間,考察了銅基超疏水表面的防覆冰性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相對(duì)于普通銅片,在同一溫度下超疏水銅片表面開(kāi)始結(jié)冰時(shí)間明顯延遲了,延遲時(shí)間最長(zhǎng)有16 min。延長(zhǎng)時(shí)間隨溫度的降低越來(lái)越短。這表明超疏水表面呈現(xiàn)出了良好的防覆冰性能。其次,超疏水表面粘附性小,水滴在銅基超疏水表面可以輕易滾動(dòng),并將污染物包裹在水滴表面帶離,表現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔特性。
【關(guān)鍵詞】：銅 超疏水 耐腐蝕 防覆冰 自清潔
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG178
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-21
• 1.1 金屬銅及其合金12-13
• 1.1.1 概述12
• 1.1.2 銅的性能特點(diǎn)及其應(yīng)用12
• 1.1.3 銅在使用中存在的問(wèn)題12-13
• 1.2 超疏水表面13-19
• 1.2.1 超疏水表面及其理論基礎(chǔ)13-16
• 1.2.2 超疏水表面制備技術(shù)及研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 銅基超疏水表面的制備技術(shù)18-19
• 1.3 超疏水表面應(yīng)用前景19
• 1.4 超疏水制備技術(shù)存在的問(wèn)題19
• 1.5 本課題研究的內(nèi)容和意義19-21
• 2 分子自組裝法制備納米氧化銅薄膜21-27
• 2.1 引言21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分21-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器21-22
• 2.2.2 制備方法22
• 2.2.3 銅片表面氧化銅薄膜的表征22-23
• 2.3 結(jié)果與討論23-26
• 2.3.1 晶體結(jié)構(gòu)分析23-24
• 2.3.2 NaOH濃度對(duì)CuO薄膜表面形貌的影響24-25
• 2.3.3 CuO薄膜形成機(jī)理探討25
• 2.3.4 CuO表面形貌對(duì)超疏水性的影響25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 硬脂酸乙醇溶液浸泡法構(gòu)建銅基超疏水表面27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分27-28
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器27-28
• 3.2.2 制備方法28
• 3.3 試樣的表征方法28-29
• 3.4 結(jié)果與討論29-35
• 3.4.1 各制備步驟表面的微觀形貌及潤(rùn)濕性29-31
• 3.4.2 STA改性銅基超疏水表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)31-32
• 3.4.3 STA浸泡時(shí)間對(duì)表面潤(rùn)濕性的影響32-33
• 3.4.4 STA改性銅基超疏水表面的微觀形貌33-35
• 3.5 銅基超疏水表面形成機(jī)理35-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 4 硝酸銀-十二烷基硫醇浸泡法構(gòu)建銅基超疏水表面37-45
• 4.1 引言37
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分37-38
• 4.2.1 主要實(shí)驗(yàn)材料和儀器37-38
• 4.2.2 試樣制備方法38
• 4.3 試樣的表征方法38-39
• 4.4 結(jié)果與討論39-43
• 4.4.1 硝酸銀對(duì)銅片表面微觀結(jié)構(gòu)及潤(rùn)濕性的影響39-40
• 4.4.2 十二烷基硫醇浸泡時(shí)間對(duì)表面潤(rùn)濕性的影響40-41
• 4.4.3 十二烷基硫醇改性銅基超疏水表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)41-42
• 4.4.4 十二烷基硫醇對(duì)銅片表面微觀形貌的影響及其潤(rùn)濕性42-43
• 4.5 銅片表面超疏水機(jī)理探討43-44
• 4.6 本章小結(jié)44-45
• 5 銅基超疏水表面的耐腐蝕性能45-56
• 5.1 引言45
• 5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程45-47
• 5.2.1 主要實(shí)驗(yàn)材料45
• 5.2.2 試樣的表征方法45-47
• 5.3 STA浸泡法構(gòu)建的銅基超疏水表面的耐腐蝕性能47-49
• 5.3.1 電化學(xué)測(cè)試47-48
• 5.3.2 表面潤(rùn)濕性對(duì)耐蝕性的影響48-49
• 5.4 硝酸銀-十二烷基硫醇修飾法構(gòu)建的超疏水表面的耐腐蝕性能49-54
• 5.4.1 在模擬海水中的耐蝕性49-50
• 5.4.2 腐蝕后表面形貌的變化50-52
• 5.4.3 EDS能譜分析52-53
• 5.4.4 銅基超疏水表面腐蝕后的相結(jié)構(gòu)53-54
• 5.5 銅基超疏水表面耐蝕機(jī)理探討54-55
• 5.6 本章小結(jié)55-56
• 6 銅基超疏水表面的防覆冰及自清潔性能56-63
• 6.1 引言56
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分56-57
• 6.2.1 主要實(shí)驗(yàn)材料和儀器56
• 6.2.2 防覆冰性能測(cè)試方法56-57
• 6.2.3 自清潔性能測(cè)試方法57
• 6.3 結(jié)果與討論57-62
• 6.3.1 銅基超疏水表面的防覆冰性能57-58
• 6.3.2 銅基超疏水表面防覆冰性能機(jī)理探討58-59
• 6.3.3 銅基超疏水表面的粘附性和自清潔性能59-61
• 6.3.4 超疏水表面自清潔性能機(jī)理探討61-62
• 6.4 本章小結(jié)62-63
• 7 結(jié)論和展望63-65
• 7.1 結(jié)論63-64
• 7.2 研究展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果70

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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3 張如意;呂曉龍;汪洋;武春瑞;陳華艷;賈悅;王暄;高啟君;;高疏水表面的聚偏氟乙烯中空纖維膜制備方法研究[J];膜科學(xué)與技術(shù);2015年05期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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9 秦金霞;基于超疏水膜的螺旋流油水分離器設(shè)計(jì)[D];西南石油大學(xué);2013年

10 孟曉美;含氟硅嵌段共聚物靜電紡制備特殊浸潤(rùn)性表面的研究[D];浙江理工大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：537240