U型钛管表面纳米管涂层均匀制备与超疏水改性

发布时间：2021-03-05 13:04

　　随着科技的不断进步,各种材料表面处理技术也得到了长足发展。然而,常规的材料表面处理方法通常针对平面基体或块体材料的外表面;通过改善材料表面属性,可以使其更好地适应服役需求。相比于平面材料开放的加工环境,管道类构件由于内部空间狭小,形状复杂等因素,其表面处理尤为困难。本论文研究了适用于U型钛管内、外表面的电化学阳极氧化工艺,实现了内、外表面超浸润涂层的均匀化制备和功能化应用,为管道构件的表面处理提供了新思路。钛及钛合金管道构件具有比强度高、耐蚀性好、无磁性等优点,被广泛应用于海水淡化、海洋装备、集热散热等领域。本课题针对U型钛管内表面处理,建立了同轴阳极氧化法,实现了内表面涂层的均匀制备,并研究了管道减阻性能。采用柔性碳纤维和绝缘珠子作为阴极实现了同轴阳极氧化配置,在U型管内表面制备出均匀的二氧化钛（TiO₂）纳米管阵列。在动态循环电解液速度75 mL/min、恒电压20 V、阳极氧化8 h的条件下,实现电场和流体场的补偿作用,制备出均匀的平均长度为5.8μm的TiO₂纳米管涂层。采用该同轴阳极氧化装置,利用电化学刻蚀和阳极氧化,制备出具有超疏... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）水热法[15]、（b）化学合成法[16]、（c）光刻法[17]、（d）模板法[11]制备的TiO2纳米材料形貌

重庆大学硕士学位论文1绪论3度为300nm的TiO2纳米管阵列。由于这类电解质不含氟离子，对环境友好，被分类为第四代电解液。第四代电解液与前三代含氟电解液存在显著差异，纳米管生长机理也不同[24]。图1.2（a）第一代[19]、（b）第二代[21]、（c）第三代[20]电解液制备出的TiO2纳米管典型形貌Fig.1.2TypicalmorphologiesofTiO2nanotubespreparedby(a)first[19],(b)second[21]and(c)third[20]generationelectrolytes1.2.3阳极氧化TiO2纳米管生长机理截至目前，针对含氟电解液的理论研究较为成熟。电场辅助溶解理论受到认可程度较高[25,26]。图1.3展示了TiO2纳米管生长过程典型的时间-电流曲线，其大致可分为三个阶段。图1.3电化学阳极氧化法制备TiO2纳米管典型的时间-电流曲线[26]Fig.1.3Typicaltime-currentcurveofTiO2nanotubespreparedbyelectrochemicalanodization[26]第一阶段为金属/电解液界面形成致密氧化膜。电解液中电场建立的瞬间时，金属表面被氧化，生成致密的氧化膜。金属/电解液界面被金属/氧化物界面以及氧化物/电解液界面取代。由于TiO2属于半导体，随着其厚度增长，电阻越来越大，反应电流会越来越低，直到达到最低点。该阶段主要涉及以下反应[26]：

重庆大学硕士学位论文1绪论3度为300nm的TiO2纳米管阵列。由于这类电解质不含氟离子，对环境友好，被分类为第四代电解液。第四代电解液与前三代含氟电解液存在显著差异，纳米管生长机理也不同[24]。图1.2（a）第一代[19]、（b）第二代[21]、（c）第三代[20]电解液制备出的TiO2纳米管典型形貌Fig.1.2TypicalmorphologiesofTiO2nanotubespreparedby(a)first[19],(b)second[21]and(c)third[20]generationelectrolytes1.2.3阳极氧化TiO2纳米管生长机理截至目前，针对含氟电解液的理论研究较为成熟。电场辅助溶解理论受到认可程度较高[25,26]。图1.3展示了TiO2纳米管生长过程典型的时间-电流曲线，其大致可分为三个阶段。图1.3电化学阳极氧化法制备TiO2纳米管典型的时间-电流曲线[26]Fig.1.3Typicaltime-currentcurveofTiO2nanotubespreparedbyelectrochemicalanodization[26]第一阶段为金属/电解液界面形成致密氧化膜。电解液中电场建立的瞬间时，金属表面被氧化，生成致密的氧化膜。金属/电解液界面被金属/氧化物界面以及氧化物/电解液界面取代。由于TiO2属于半导体，随着其厚度增长，电阻越来越大，反应电流会越来越低，直到达到最低点。该阶段主要涉及以下反应[26]：


本文编号：3065249