铝合金表面仿生石墨烯涂层制备与性能

发布时间：2017-10-26 18:11

  本文关键词：铝合金表面仿生石墨烯涂层制备与性能

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【摘要】：铝元素在地壳金属元素总量中占据最大的比例,铝合金具有很多优于其他金属的性质,比如密度小、便于加工、防腐性能好、机械强度高,广泛应用于航空航天、汽车制造业和化工业等领域中。铝合金表面的润湿性和表面防冰、减阻、防腐、导热等性能存在紧密的联系,因此研究铝合金表面的润湿性对铝合金的应用具有重要的意义。自然界中存在很多具有独特就结构和优异性能的生物,如荷叶、玫瑰花瓣、蝴蝶翅膀和甲壳虫等。近年来,玫瑰花瓣和荷叶以其优良的疏水性引起人们广泛关注,这些功能与其表面微观结构存在紧密的联系。受自然界生物卓越的性能启发,在现代材料制备中,人们重视模仿生物结构来制备具有相似性质的人工材料,即仿生功能材料。在金属表面进行仿生改性,是改善金属表面性能的一个新的途径。如赋予金属材料超疏水性,则能够提高金属的耐腐蚀性和抗氧化性,同时能够扩展铝合金在多个领域的应用范围。石墨烯具有独特的润湿特性,因此在超疏水材料制备方面拓展了空间,目前很多研究学者试图利用石墨烯构建仿生多功能表面,立足在赋予表面其他方面的性能,如耐腐蚀、耐磨性等。石墨烯为新型仿生纳米结构的制备上拓展了空间和思路,同时也扩展了石墨烯的应用范围。如将石墨烯涂层在金属基底上,既有可能促进铝合金的性能提高,也能发挥石墨烯的优越性质。本论文通过两种方法制备铝合金表面疏水石墨烯涂层,一种是化学还原氧化石墨烯,然后旋涂技术在铝合金基底上制备薄膜,接触角测量后最高值为153.7±2°。增加石墨烯涂层后表面的耐磨性相对于纯样本来说明显增强。电化学测试结果表明由于超疏水石墨烯涂层具有保护作用,能够有效地抑制铝合金腐蚀。另一种是用CVD设备以铜箔为衬底沉积单层石墨烯,然后结合PMMA转移技术将单层石墨烯转移到经车床加工后的铝合金基底。受玫瑰花的表面微观结构所启发,先后通过机床在铝合金表面微加工和CVD石墨烯涂层的方法来构建仿生疏水表面。在铝合金表面构建微米级粗糙形态仿生表面,表面凸包结构直径分别为250μm和100μm,对应凸包间距分别为250μm和100μm。然后,将CVD方法制备的石墨烯转移到加工后的铝合金表面。薄膜干燥后,对得到的铝合金仿生表面形貌进行观察,分析表面润湿性、化学成分、及形貌进行分析。结果表明单层石墨烯成功的转移到了加工的铝合金基底上,提高了基底的疏水角。
【关键词】：石墨烯 铝合金 CVD 氧化还原法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 选题目的和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 仿生超疏水铝合金表面的制备12-13
• 1.2.2 仿生石墨烯研究现状13-18
• 1.3 仿生超疏水表面的应用前景18-20
• 1.3.1 电学性能18
• 1.3.2 抑霜防冻性能18
• 1.3.3 超双疏特性18-19
• 1.3.4 可逆转可响应性能19
• 1.3.5 透明性19-20
• 1.4 主要研究内容20-22
• 第2章 材料、试剂和研究方法22-34
• 2.1 试验材料22
• 2.2 试验试剂22-23
• 2.3 试验仪器23-28
• 2.4 研究方法28-33
• 2.4.1 微观形貌观察29
• 2.4.2 化学成分分析29-32
• 2.4.3 润湿性性能测试32
• 2.4.4 耐腐蚀性分析32
• 2.4.5 摩擦磨损性能测试32-33
• 2.5 本章小节33-34
• 第3章 旋涂法在铝合金表面制备超疏水石墨烯涂层34-48
• 3.1 石墨烯制备方法34-36
• 3.2 制备过程36-38
• 3.2.1 改进Hummer's法制备氧化石墨烯36
• 3.2.2 石墨烯涂层的制备36-38
• 3.3 表面形貌及成分分析38-41
• 3.4 摩擦磨损性能分析41
• 3.5 耐腐蚀性分析41-45
• 3.5.1 Tafel曲线分析42-43
• 3.5.2 电化学阻抗谱43-44
• 3.5.3 等效电路EEC及腐蚀机制分析44-45
• 3.6 本章小节45-48
• 第4章 CVD法在铝合金表面制备石墨烯涂层及性能48-58
• 4.1 制备过程48-52
• 4.1.1 铝合金加工48-49
• 4.1.2 铜箔衬底处理49
• 4.1.3 CVD生长工艺流程49-52
• 4.2 CVD法制备石墨烯原理52-53
• 4.3 盐酸预处理对石墨烯生长形貌和质量的影响53-54
• 4.4 仿生石墨烯涂层的形貌及成分分析54-56
• 4.5 表面润湿性分析56
• 4.6 本章小结56-58
• 第5章 结论58-60
• 参考文献60-70
• 导师简介70-72
• 作者简介72-74
• 致谢74-75

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本文编号：1099837