不锈钢基底超疏水表面的制备及应用

发布时间：2017-08-09 20:03

  本文关键词：不锈钢基底超疏水表面的制备及应用

  更多相关文章： 超疏水 不锈钢 微纳复合结构 抗腐蚀

【摘要】：近年来,超疏水材料因其所取得的一系列成就和广阔的应用前景受到人们的广泛关注。其制备方法包括化学气相沉积法、模板法、电化学法、自组装、等离子体刻蚀、溶胶-凝胶法等等。但是这些方法均存在着各自的缺点及局限性,如制备工艺复杂、原料和加工设备昂贵、周期长、稳定性差等。因此,亟需发明一种简单方便的方法制备超疏水表面。不锈钢作为一种常见的工程技术材料,在工农业生产和我们的日常生活等领域中应用十分广泛,然而其腐蚀问题是限制其广泛应用的关键因素。针对以上问题,本文主要围绕以下两种方法展开讨论：(1)从仿生微纳复合结构的角度,提出介观尺度的两步刻蚀法制备不锈钢基超疏水表面。经接触角测试,水滴在其表面的接触角高达170。。从SEM表征结果中,我们可以发现超疏水表面的形成主要是因为其具有类荷叶表面性质的、直径为2-5μm的微米级结构凹坑,在凹坑的内部分布着平均直径为200 μm的纳米级结构。这种微纳复合结构有效地增加了不锈钢基底表面粗糙度,降低了液体与基底表面的接触面积,使不锈钢表面具有良好的疏水性。由于基底表面的疏水性能,使得溶于水中的具有腐蚀性的酸碱等物质很难到达基底的表面,从而使得不锈钢基底的抗腐蚀性能增强到约为普通不锈钢的20倍。(2)在两步化学刻蚀法的基础上,论文对实验进行了改进,提出一步刻蚀法制备三维网状结构不锈钢基超疏水表面,该方法具有操作简单、成本低廉、原材料利用率高等优点。水滴在这种表面的接触角高达175。,并从动力学的角度,研究了不同实验条件对样品接触角和表面形貌的影响规律。从SEM表征结果中可以发现,经HC1和FOTMS处理后,不锈钢表面形成了“蜂窝状”三维网状结构,说明表面粗糙度明显提高。此外,我们通过电化学腐蚀测试,利用动电位极化曲线分析了样品在3.5wt.% NaCl溶液中的抗腐蚀性能。结果表明,超疏水表面相对于普通不锈钢表面的抗腐蚀性能明显增强。本论文通过对不锈钢基底表面的化学刻蚀及修饰改性等方面的研究,从仿生微纳复合结构的制备及操作简单、成本低廉的制备方法入手,通过优化实验条件,总结不同实验条件对接触角的影响规律,在最优条件下制得了具有良好的超疏水性和抗腐蚀性的不锈钢表面。
【关键词】：超疏水 不锈钢 微纳复合结构 抗腐蚀
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-26
• 1.1 超疏水表面相关理论9-12
• 1.1.1 接触角9
• 1.1.2 Young方程9-10
• 1.1.3 Wenzel方程10-11
• 1.1.4 Cassie方程11-12
• 1.1.5 迟滞角和滚动角12
• 1.2 超疏水制备方法12-21
• 1.2.1 化学刻蚀法13-15
• 1.2.2 等离子体处理法15
• 1.2.3 溶胶-凝胶法15-16
• 1.2.4 电化学法16-18
• 1.2.5 化学气相沉积法18-20
• 1.2.6 模板法20-21
• 1.3 超疏水表面的应用21-23
• 1.3.1 超疏水材料在抗腐蚀研究中的应用21-22
• 1.3.2 超疏水材料在流体减阻方面的应用22-23
• 1.4 超疏水表面存在的问题23-24
• 1.5 本文选题依据和主要研究内容24-26
• 2 实验原料和方法26-31
• 2.1 试剂和仪器26-28
• 2.1.1 实验原料26-27
• 2.1.2 实验仪器和设备27-28
• 2.2 实验方案28-29
• 2.3 测试与表征方法29-31
• 2.3.1 接触角测试29
• 2.3.2 紫外-可见分光光度计29
• 2.3.3 场发射扫描电子显微镜29-30
• 2.3.4 金相显微镜30
• 2.3.5 X射线衍射仪30
• 2.3.6 电化学分析测试30-31
• 3 不锈钢基仿生微纳复合结构的制备及其超疏水性31-48
• 3.1 不锈钢基底超疏水表面的制备方法31-32
• 3.2 氟硅烷对不锈钢表面的改性机理32-33
• 3.3 结果与讨论33-46
• 3.3.1 样品表面润湿性表征33-35
• 3.3.2 样品表面形貌表征35-36
• 3.3.3 不同实验条件对样品表面形貌和润湿性的影响36-41
• 3.3.4 表面超疏水性的稳定性41-42
• 3.3.5 样品表面XRD和抗反射表征42-44
• 3.3.6 不锈钢表面疏水性形成分析44-45
• 3.3.7 样品抗腐蚀性能表征45-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 不锈钢基三维网状结构的制备及其超疏水性48-61
• 4.1 不锈钢基底超疏水表面的制备方法48
• 4.2 氟硅烷对不锈钢表面的改性机理48-50
• 4.3 结果与讨论50-60
• 4.3.1 样品表面润湿性表征50-51
• 4.3.2 样品表面形貌表征51-52
• 4.3.3 不同实验条件对不锈钢表面疏水性和表面形貌的影响52-56
• 4.3.4 样品表面XRD和抗反射表征56-58
• 4.3.5 不锈钢表面疏水性形成分析58-59
• 4.3.6 样品抗腐蚀性能表征59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69

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本文编号：647029