喷射电沉积制备铜基超疏水涂层的基础研究

发布时间：2022-07-29 18:46

　　接触角大于150°和滚动角小于10°的超疏水表面在自然界常能见到,“荷叶效应”就是典型案例。近年来,超疏水表面的基础研究和实际应用价值引起了人们的广泛关注,在抗结冰、自清洁、油水分离、防腐涂层和抗菌涂层等方面有着广阔的应用前景。超疏水表面是由其独特的微纳米分级结构和表面低表面能的化学结构共同决定的,研究人员通过各种制备方法在金属基体材料上制备了超疏水涂层,在这些方法中存在对设备要求高,效率低,涂层易脱落,制备成本较高等问题,这都限制了超疏水涂层的发展。喷射电沉积加工技术是利用射流原理将电解液从喷嘴高速喷出到阴极工件上,在喷嘴内阳极和工件阴极之间接上电源,在阴极被电解液覆盖的区域产生电化学沉积,在没有覆盖的区域不能产生电化学沉积,故该技术有较好的选择性。又因为射流的高速搅拌,可以很大程度地提升电流密度,故沉积速率也比较快。喷射电沉积技术具有选择性、高效率、易控制和低成本等优点,在制备超疏水涂层方面展现出了较强的优势。金属基超疏水表面的微纳米结构特点决定了对制备工艺的高要求,很有必要对喷射电沉积流场电场的作用机理深入研究,探索出制备超疏水涂层的工艺方法。首先,在冲击射流场和电场基本理论研究... 

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
    1.1 金属基超疏水涂层的研究现状
        1.1.1 金属基超疏水涂层的制备方法
        1.1.2 金属基超疏水涂层的应用与发展前景
    1.2 喷射电沉积研究的发展现状
        1.2.1 国外的研究现状
        1.2.2 国内的研究现状
        1.2.3 喷射电沉积技术特点
    1.3 电化学流场电场方面的研究现状
        1.3.1 流场方面的研究
        1.3.2 电场方面的研究
    1.4 研究目的、意义和内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究意义
        1.4.3 研究内容
第二章 喷射电沉积流场电场作用机理的研究
    2.1 电沉积基本原理
        2.1.1 基本原理
        2.1.2 阴极过电位
        2.1.3 液相传质
        2.1.4 电极反应动力学
        2.1.5 结晶过程
    2.2 冲击射流特性研究
        2.2.1 冲击射流流场结构
        2.2.2 特性分析
        2.2.3 流场对扩散层的影响
        2.2.4 湍流模型适用性研究
    2.3 受射流场限制的电场分析
        2.3.1 导电介质中稳定电场
        2.3.2 电场的作用空间
        2.3.3 电场的有限元模拟方法
    2.4 小结
第三章 喷射电沉积流场电场数值模拟
    3.1 引言
    3.2 定点喷射电沉积试验
        3.2.1 试验系统
        3.2.2 喷射电沉积定点沉积试验
    3.3 流场数值模拟
        3.3.1 喷嘴结构
        3.3.2 流场几何模型与网格划分
        3.3.3 流场数学模型
        3.3.4 边界条件和计算初始条件
        3.3.5 结果分析
    3.4 电场数值模拟
        3.4.1 电场几何空间及网格划分
        3.4.2 电场数学模型
        3.4.3 边界条件和计算初始条件
        3.4.4 结果分析
    3.5 确定流场电场边界
    3.6 小结
第四章 喷射电沉积中主要工艺参数对流场电场的影响
    4.1 引言
    4.2 主要工艺参数分析
    4.3 喷嘴结构对流场电场的影响
        4.3.1 喷嘴形态对流场的影响
        4.3.2 喷嘴阳极腔及阳极形态位置对流场电场的影响
    4.4 电解液流速对流场电场的影响
    4.5 喷嘴出口与阴极表面的距离对流场电场的影响
    4.6 喷嘴与阴极的相对运动对流场电场的影响
    4.7 小结
第五章 制备铜基超疏水涂层可行性研究
    5.1 引言
    5.2 超疏水表面的基本理论
        5.2.1 Young’s方程
        5.2.2 Wenzel模型
        5.2.3 Cassie-Baxter模型
        5.2.4 接触角滞后理论
        5.2.5 单尺度模型
        5.2.6 多尺度模型
    5.3 喷射电沉积可控流场电场应用分析
        5.3.1 电流密度对铜沉积层表面形貌的影响
        5.3.2 喷嘴扫描速度对铜沉积层表面形貌的影响
        5.3.3 电解液流速对铜沉积层表面形貌的影响
        5.3.4 扫描层数对铜沉积层表面形貌的影响
        5.3.5 铜沉积层与荷叶表面形貌对比分析
    5.4 试验方案
        5.4.1 基体预处理
        5.4.2 预沉积试验
        5.4.3 颗粒可控生长试验
        5.4.4 样件后处理
    5.5 小结
第六章 制备铜基超疏水涂层的工艺试验研究
    6.1 引言
    6.2 试验试剂及样品性能分析方法
        6.2.1 试验试剂及所用仪器
        6.2.2 样品性能分析方法
    6.3 试验前准备以及基体预处理
    6.4 预沉积阶段试验研究
    6.5 颗粒可控生长阶段试验研究
        6.5.1 电流密度对接触角的影响
        6.5.2 扫描速度对接触角的影响
        6.5.3 扫描层数对接触角的影响
    6.6 后处理阶段试验研究
    6.7 工艺参数的优化
    6.8 耐腐蚀性分析
        6.8.1 极化曲线法
        6.8.2 失重法
    6.9 小结
第七章 总结与展望
    7.1 主要工作和总结
    7.2 创新点
    7.3 工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
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本文编号：3666982