铁基超疏水表面的制备与研究

发布时间：2017-06-26 19:19

  本文关键词：铁基超疏水表面的制备与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：表面的浸润性是决定材料功能的一个重要性质,由于超疏水表面在各个方面的应用性很广,有关超疏水表面的研究已引起了科学家们的兴趣。而铁材料由于其特殊的属性、良好的机械性能、完美的导电性等,已成为国防工业领域的主导材料,但它仍然面临着磨损和腐蚀两大严重问题。基于这些问题,本文采用电化学和退火的方式,在不引入任何低表面能有机物的情况下,在金属铁基表面成功获得了Fe-Zn-ZnO超疏水表面和Fe-Sn超疏水表面,并对超疏水表面的形成机理、超疏水原理及应用进行了分析研究。主要研讨内容及研究结果如下:(1)首次采用电化学沉积和干燥退火相结合的方法在金属铁基上构筑了微纳米双阶层结构的Fe-Zn-ZnO超疏水表面,静态接触角大于150o,滚动角小于10o。该方法所用仪器设备简单,操作简便,制备成本低,实验过程快速有效,突破了传统超疏水表面的制备方法,通过在干燥箱中稳定退火的方法,在不引进任何降低表面自由能的有机物条件下,获得了超疏水性的表面。通过对该超疏水表面的分析表征,研究其表面的化学组成和形成机理。通过对该超疏水表面影响因素(在盐酸中刻蚀时间、电化学沉积时间、电解液浓度、退火温度、退火时间)的分析,得出了制备铁基超疏水薄膜的最佳条件,其中退火成为最关键的因素,并且退火时是否加滤纸对表面超疏水性也有关键性影响,只有加滤纸退火才能保证超疏水性表面的形成。通过对该超疏水表面的表征(扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)原子力显微镜(AFM)等手段),说明由电化学沉积法及退火形成的Fe-Zn-ZnO微-纳米双阶层结构中所占95.3%的空气对超疏水性能的形成有关键作用;之后对超疏水原理以及Fe-Zn-ZnO微-纳米双阶层结构的生长机理进行了研究。通过置于空气中一年,镀锌铁基底超疏水材料的疏水性不变,得出此超疏水表面具有持久性。对其进行抗冰性测试,表明具有良好的抗冰性能;对其进行抗腐蚀测试,表明其抗腐蚀性良好。(2)首次利用电化学沉积和干燥退火相结合的方法在金属铁基体上制备了纳米Sn超疏水表面,进行超疏水表面的润湿性、表面形貌和化学组成的分析,其静态接触角大于150o,滚动角小于10o。通过单因素实验可知Fe-Sn超疏水表面制备的最佳条件。通过实验证明此超疏水表面在大气中具有良好的环境稳定性和抗土壤腐蚀能力。退火在制备金属基底的超疏水表面的过程中起到了十分关键的作用,这也为超疏水材料在工农业生产中的大面积使用提供了一定的思路。
【关键词】：超疏水表面 静态接触角 电化学沉积 铁基底 退火 微纳米结构
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O647;TQ153
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 自然界存在的超疏水表面现象10-12
• 1.2 超疏水表面的常见理论12-15
• 1.2.1 静态接触角理论12-14
• 1.2.2 滚动角理论14-15
• 1.3 超疏水表面的常规制备方法15-16
• 1.3.1 阳极氧化法15
• 1.3.2 电沉积法15
• 1.3.3 溶液浸泡法15-16
• 1.3.4 水热合成法16
• 1.3.5 溶胶-凝胶法16
• 1.4 超疏水表面的最新研究成果16-17
• 1.4.1 透明超疏水涂层16-17
• 1.4.2 具有光学性能的特殊超疏水表面17
• 1.5 超疏水表面技术目前仍然存在的问题17-18
• 1.6 超疏水表面研究的应用前景与展望18
• 1.7 选题依据与研究内容18-20
• 1.7.1 选题依据18-19
• 1.7.2 研究内容19-20
• 第2章 Fe-Zn-ZnO超疏水表面的制备与研究20-43
• 2.1 实验部分20-23
• 2.1.1 实验试剂与仪器20
• 2.1.2 镀锌铁基超疏水表面的制备20-23
• 2.1.3 镀锌铁基超疏水表面的润湿性与表征23
• 2.2 结果与讨论23-42
• 2.2.1 铁基超疏水表面的润湿性23-24
• 2.2.2 镀锌铁基超疏水表面的表征24-30
• 2.2.3 镀锌铁基超疏水表面合成的影响因素30-39
• 2.2.4 镀锌铁基超疏水表面的超疏水原理和反应机理分析39-40
• 2.2.5 镀锌铁基超疏水表面的稳定性能研究40
• 2.2.6 镀锌铁基超疏水表面的抗冻性能研究40-41
• 2.2.7 镀锌铁基超疏水表面的抗腐蚀性能研究41-42
• 2.3 本章小结42-43
• 第3章 Fe-Sn超疏水表面的制备与研究43-54
• 3.1 实验部分43-44
• 3.1.1 实验试剂与仪器43
• 3.1.2 镀锡铁基超疏水表面的制备43-44
• 3.1.3 实验表征44
• 3.2 结果与讨论44-53
• 3.2.1 镀锡铁基超疏水表面的SEM分析44-45
• 3.2.2 镀锡铁基超疏水表面的XRD分析45-46
• 3.2.3 镀锡铁基超疏水表层的影响因素46-51
• 3.2.4 镀锡铁基超疏水表面的超疏水原理和反应机理分析51-52
• 3.2.5 镀锡铁基超疏水表面的稳定性研究52-53
• 3.3 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单60-61
• 致谢61

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本文编号：487347