本文選題：電沉積 + 硅烷�。� 參考：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：潤濕性是材料表面的重要性能之一,取決于材料表面的微納結(jié)構(gòu)以及表面自由能的大小。超疏水表面是一種與水滴接觸角大于150°且滾動角小于10°的特殊材料表面。在自然界中,超疏水現(xiàn)象無處不在,如荷葉"出淤泥而不染"、水黽在水面上可以自由馳騁等。深入研究荷葉結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),在微觀結(jié)構(gòu)上,荷葉表面由微米級的乳突構(gòu)成,同時乳突上還有很多樹枝狀的納米結(jié)構(gòu),這些微納米結(jié)構(gòu)表面均由低表面能的生物蠟所覆蓋。受荷葉結(jié)構(gòu)啟發(fā),人們設(shè)計出兩種超疏水表面的制備方法:一、將具有低表面能的物質(zhì)表面粗糙化;二、采用低表面能物質(zhì)修飾粗糙的材料表面。目前,人們已經(jīng)開發(fā)出很多制備超疏水表面的方法,如水熱法、刻蝕法、化學(xué)氣相沉積法、電沉積法,靜電紡絲法等。其中,電化學(xué)輔助沉積法以其可控性強、易于重復(fù)等特點而被廣泛地應(yīng)用在電分析、傳感器、金屬腐蝕防護、超疏水薄膜制備等領(lǐng)域。本論文利用電化學(xué)輔助沉積技術(shù)在金屬基體上構(gòu)建超疏水表面,研究其對金屬腐蝕防護功能;利用超疏水粗糙多孔的結(jié)構(gòu)作為緩蝕劑存儲器構(gòu)建具有主動防護功能的超疏水薄膜;通過采用低表面能聚合物交聯(lián)修飾或者超疏水納米顆粒填充的方法,改善電沉積超疏水溶膠-凝膠(sol-gel)薄膜的機械耐磨性能。本論文主要研究工作包括:(1)金屬基體上電沉積超疏水sol-gel薄膜以及耐蝕性能研究。分別采用"一步"電沉積技術(shù)和"兩步法"制備得到超疏水sol-gel薄膜,并采用接觸角變化、鐵離子溶出量和電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究了超疏水薄膜的防護性能。研究表明,超疏水處理的基體,其耐蝕性能明顯得到提高,相對于"一步法"而言,由于電沉積無機SiO2薄膜的剛性強,使得"兩步法"制備所得超疏水薄膜的機械性能和熱修復(fù)性能均略勝一籌。(2)構(gòu)建具有主動防護功能的超疏水薄膜及其相關(guān)研究。利用電沉積sol-gel薄膜粗糙多孔的結(jié)構(gòu)特點,將其作為緩蝕劑的載體構(gòu)建具有主動防護功能的超疏水表面。針對無機、有機兩種不同類型的緩蝕劑,采用了兩種不同的緩蝕劑包裹方法。對于不溶于后續(xù)低表面能物質(zhì)中的無機鈰鹽緩蝕劑,采用分步制備的方法,即先吸附無機緩蝕劑后修飾以低表面能物質(zhì),得到含有鈰鹽的超疏水薄膜;對于易溶于低表面能物質(zhì)溶液中的有機緩蝕劑苯并三氮唑(BTA),則采用在前驅(qū)體溶液中加入緩蝕劑,通過一步電沉積的方法制備含有緩蝕劑的復(fù)合超疏水薄膜,BTA釋放動力學(xué)曲線測試結(jié)果表明,金屬腐蝕所引起的局部pH的變化可以有效地引發(fā)緩蝕劑的釋放。研究結(jié)果表明:無機/有機緩蝕劑的加入可以進一步降低金屬的腐蝕速率,提高基體的耐蝕性能。(3)利用聚合物PDMS修飾或超疏水二氧化硅納米顆粒填充的方法構(gòu)建耐磨超疏水表面。采用PDMS作為修飾劑時,PDMS用量的過少時,薄膜的疏水性和耐磨性均不佳,而過量的PDMS又會覆蓋電沉積SiO2的粗糙結(jié)構(gòu)。適量的PDMS可以在保證良好超疏水性的同時有效地交聯(lián)電沉積Si02顆粒,減緩超疏水表面在摩擦過程中受到的機械損傷。采用電泳的方式將超疏水SiO2顆粒填充在整個電沉積SiO2的多孔骨架中,從而制備得到超疏水薄膜,該薄膜兼具電沉積Si02剛性結(jié)構(gòu)和超疏水Si02顆粒的超疏水性。和(2)中"兩步法"超疏水薄膜相比,上述兩種超疏水表面的耐機械摩擦性得到明顯提高。此外超疏水Si02納米顆粒填充的超疏水薄膜還具有優(yōu)異的熱水性、耐高溫性以及自清潔性。
[Abstract]:Wettability is one of the most important properties of the surface of the material, depending on the microstructure of the surface of the material and the size of the surface free energy. The superhydrophobic surface is a special material surface with the contact angle greater than 150 degrees and the rolling angle less than 10 degrees. In nature, the superhydrophobic phenomenon is everywhere, such as the lotus leaf "out of silt without dyeing", and water on the surface of the water On the micro structure, the surface of the lotus leaf is made up of micrometer mastoid process, and there are also a lot of dendritic nanostructures on the mastoid process. These micro nanostructures are covered by low surface energy paraffin. Inspired by the lotus leaf structure, two kinds of superhydrophobic surfaces are designed. Preparation methods: first, the surface of material with low surface energy is rough; two, using low surface energy to modify the surface of rough materials. At present, many methods have been developed to prepare superhydrophobic surfaces, such as hydrothermal, etching, chemical vapor deposition, electrodeposition, electrospinning, etc. Strong control, easy to repeat and so on, it is widely used in the fields of electrical analysis, sensors, metal corrosion protection, and super hydrophobic film preparation. This paper uses electrochemical auxiliary deposition technology to construct superhydrophobic surface on metal matrix, and studies its protective function for metal corrosion; it uses super hydrophobic and porous structure as a corrosion inhibitor. A superhydrophobic film with active protective function is constructed in the reservoir, and the mechanical wear resistance of Electrodeposited superhydrophobic sol-gel (sol-gel) film is improved by means of low surface energy polymer crosslinking modification or superhydrophobic nanoparticles filling. The main research work includes: (1) electrodeposition of superhydrophobic sol-gel thin on the metal matrix Super hydrophobic sol-gel film was prepared by "one step" electrodeposition and two step method respectively. The protection performance of super hydrophobic film was studied by the change of contact angle, iron ion dissolution and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The study showed that the corrosion resistance of the superhydrophobic matrix was obviously improved, and the relative corrosion resistance of the superhydrophobic film was obviously improved. In the one step method, the mechanical properties and heat repair properties of the super hydrophobic film prepared by the "two step method" are slightly better than that of the electrodeposited inorganic SiO2 film. (2) the construction of super hydrophobic film with active protection function and its related research. The carrier of the corrosion agent constructs a super hydrophobic surface with active protective function. For inorganic and organic two different types of corrosion inhibitors, two different inhibitors are used. For the inorganic cerium salt corrosion inhibitor insoluble in the subsequent low surface energy, the step preparation method, that is, after the adsorption of inorganic corrosion inhibitor, is low. The superhydrophobic film containing cerium salts is obtained by the surface energy. For the organic corrosion inhibitor, benzo three azoles (BTA), which is easily dissolved in the solution of low surface energy, the inhibitor is added to the precursor solution, and the composite superhydrophobic film containing corrosion inhibitor is prepared by one step electrodeposition. The test results of the BTA release kinetics curve show that The change of local pH caused by metal corrosion can effectively lead to the release of corrosion inhibitor. The results show that the addition of inorganic / organic corrosion inhibitor can further reduce the corrosion rate of metal and improve the corrosion resistance of the matrix. (3) the use of polymer PDMS modification or superhydrophobic two silicon oxide nanoparticles filling method to construct the wear-resistant super sparse method Water surface. When PDMS is used as a modifier, the hydrophobicity and wear resistance of the film are not good when the amount of PDMS is too little. The excess PDMS will cover the rough structure of the electrodeposition of SiO2, and a proper amount of PDMS can effectively cross link the electrodeposited Si02 particles at the same time to ensure the good superhydrophobicity, and slow down the superhydrophobic surface during the friction process. Mechanical damage. Superhydrophobic SiO2 particles are filled in the porous framework of the entire electrodeposited SiO2 by electrophoretic method, and the superhydrophobic film is prepared. The film has the superhydrophobicity of both the electrodeposited Si02 rigid structure and the super hydrophobic Si02 particles. Compared with the "two step" superhydrophobic film in (2), the mechanical friction of the above two superhydrophobic surfaces In addition, superhydrophobic Si02 nanoparticles filled superhydrophobic films also have excellent thermal properties, high temperature resistance and self cleaning properties.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2002828