仿生结构多功能一体化涂层的制备及性能研究
发布时间：2021-07-08 21:57
润湿性是材料表面研究过程中极其重要的一部分。受自然界中生物的启发,人们对不同润湿性模型的表面进行了深入的研究,经过持续研究发现一些具有疏水或超疏水性的生物表面除了具有防水功能以外,同时还具有一些特殊的功能,比如防腐蚀、自清洁以及防结冰等性能。针对实际工程需求研发具有不同功能特性的材料表面具有广泛的应用前景,所以探索可用于实际生产的功能性表面具有重要的工业价值和科学意义。而目前用于制备具有特殊润湿性表面的方法大多存在成本高、操作繁琐复杂、环境要求严苛、实际应用困难等缺点。因此本文采用简单、高效、低成本的喷涂方法分别制备了具有长效防腐蚀效果的疏水型石墨烯涂层和具有低粘附性的多功能超疏水型涂层。经过实验设计及优化,观察所制备最佳涂层的表面微观形貌,系统分析了其表面的润湿性、耐腐蚀性等,并揭示了材料、结构和功能之间的作用机理。针对金属在海洋中的长效腐蚀防护问题,利用一步喷涂法将功能性涂料涂装到金属基部件表面,构建具有疏水性的石墨烯防护涂层,获得的涂层具有高耐腐蚀性、高附着力以及自清洁性能。这种方法具有实施简单、可大面积施工和厚度可控等特点,同时不受金属基材类型和形状的影响。首先通过颜填料的优化...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类水滴接触界面状态
吉林大学硕士学位论文4强，当同时具有相同程度的结构时，表面粗糙度越大，接触角也就越大，表面的疏水性也就越好。一些动物也同样具有疏水型表面，比如东亚飞蝗（图1.2m），由于其飞行过程中体表典型部分能够维持较高的洁净度，因此分别对其外翅、口器、颈部和内翅的部分进行接触角测量以及扫描电镜观察（图1.2i，j，k，l）[19]，由测试结果可以得出东亚飞蝗的外翅、口器、颈部和内翅的体表典型部位呈现出了不同的疏水性能，水滴在内翅表面产生的接触角在124.6°至141°之间，在外翅表面的接触角在116°至131°之间，而在颈部和口器表面的接触角介于内翅和外翅之间。根据实验结果可以得出多级结构可以增加表面的粗糙程度从而提高其表接触角，但是表面的结构不是影响表面接触角的唯一因素，表面的组成成分也是一个主要的影响因素，即口器与颈部的粗糙度小于外翅时它们的接触角更大，是由于表面的物质组成成分的不同。图1.2自然中等疏水型表面（a，b）竹叶；（c，d）浮萍；（e，f）翠菊叶；（g，h）玉米皮；（i，j，k，l）分别为东亚飞蝗的外翅、口器、颈部和内翅SEM图像；（m）东亚飞蝗
吉林大学硕士学位论文6图1.3自然界中典型的超疏水表面[7][26]（a，b）荷叶；（c，d）水稻叶；（e，f）水黾腿；（g，h）西瓜叶；（i，j）壁虎脚；（k，l）蝉翼；（m，n）蝴蝶翅膀；（o，p）蚊子复眼；（q，r）槐叶萍叶；（s，t）花生叶。经过研究人员们长时间对超疏水表面不断地探索，进行了大量的实验分析后得出了制备超疏水表面需要满足两个条件：首先，材料的表面必须具有非常低的表面自由能；其次，有必要在具有低表面自由能的表面上构建具有一定粗糙度的微结构。因此可以推断出制备超疏水表面有两个基本途径：即一方面是在疏水性表面上构建一定的粗糙结构使其变为超疏水表面；另一方面是在亲水表面构建一定的粗糙结构并使用含氟有机化合物、长链烷烃等低表面自由能的物质加以修饰使其变为超疏水表面。随着对超疏水表面研究的不断深入，越来越多的加工方法和加工技术被发现并用于制作超疏水表面，目前所报道的超疏水加工方法有：化学刻蚀法[30]、软刻蚀法[31]、激光刻蚀[32]、阳极氧化法[33]、升华结晶法[34]、电镀法[35]、溶胶凝胶法[36]、分子自组装法[37]、电解加工法[38]、模板法[39]、气相沉积法[40]、电化学沉积法[41]、静电纺丝法[42]、醇盐溶液浸泡法[43]、等离子体法[44]、水热法[45]、相分
【参考文献】：
期刊论文
[1]水性环氧树脂/纳米SiO2复合疏水涂层的制备及性能研究[J]. 杨璐璐,宿倩雪,狄凯莹,吕佳帅男,陈晓婷. 涂料工业. 2019(09)
[2]WPU/PTFE复合疏水涂层的制备和表征[J]. 赵亚林,吕运强,马会妮,樊创,韩文. 山东化工. 2019(14)
[3]石墨烯新材料发展现状与研发应用挑战[J]. 暴宁钟,白凤娟,何大方. 中国工业和信息化. 2018(08)
[4]石墨烯水性复合防腐涂料的研究进展[J]. 张艳,戴雷,黄友元,袁国辉. 表面技术. 2017(10)
[5]东亚飞蝗体表润湿性测试及疏水机理分析[J]. 王立新. 河北科技大学学报. 2017(05)
[6]防腐蚀涂料发展现状及进展[J]. 孔凡厚,张雷,罗智明,胥维昌,张磊. 涂料技术与文摘. 2017(06)
[7]石墨烯/聚酯/环氧粉末涂层耐腐蚀性研究[J]. 张方铭,曾志翔,程红华,韩金. 涂料工业. 2017(05)
[8]石墨烯防腐涂料研究进展[J]. 赵书华,陈玉,王树立,饶永超,史小军,刘飞飞,陈宏. 常州大学学报(自然科学版). 2017(02)
[9]浮萍研究进展[J]. 黄明星,朱思思,张秋鸿. 生物学杂志. 2016(03)
[10]石墨烯的制备方法及其性能研究[J]. 肖淑娟,于守武,谭小耀. 化学世界. 2015(06)
博士论文
[1]海洋环境复杂偶合体系腐蚀行为研究[D]. 王春丽.哈尔滨工程大学 2013
硕士论文
[1]石墨烯/氧化石墨烯-水性环氧树脂涂料的防腐蚀性能及机理研究[D]. 覃园斯.华南理工大学 2019
[2]金属基润湿性可控仿生超疏水表面的制备与调控机制[D]. 姚文广.吉林大学 2017
[3]微创手术器械高频电刀表面仿生脱附研究[D]. 曹会娜.吉林大学 2015
[4]铝合金表面多尺度仿生超疏水多功能表面的制备及机理研究[D]. 刘金丹.吉林大学 2014
[5]含氟丙烯酸树脂的合成及其在高性能疏水MMA地坪涂料中的应用[D]. 林书乐.华南理工大学 2012
本文编号：3272407
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类水滴接触界面状态
吉林大学硕士学位论文4强，当同时具有相同程度的结构时，表面粗糙度越大，接触角也就越大，表面的疏水性也就越好。一些动物也同样具有疏水型表面，比如东亚飞蝗（图1.2m），由于其飞行过程中体表典型部分能够维持较高的洁净度，因此分别对其外翅、口器、颈部和内翅的部分进行接触角测量以及扫描电镜观察（图1.2i，j，k，l）[19]，由测试结果可以得出东亚飞蝗的外翅、口器、颈部和内翅的体表典型部位呈现出了不同的疏水性能，水滴在内翅表面产生的接触角在124.6°至141°之间，在外翅表面的接触角在116°至131°之间，而在颈部和口器表面的接触角介于内翅和外翅之间。根据实验结果可以得出多级结构可以增加表面的粗糙程度从而提高其表接触角，但是表面的结构不是影响表面接触角的唯一因素，表面的组成成分也是一个主要的影响因素，即口器与颈部的粗糙度小于外翅时它们的接触角更大，是由于表面的物质组成成分的不同。图1.2自然中等疏水型表面（a，b）竹叶；（c，d）浮萍；（e，f）翠菊叶；（g，h）玉米皮；（i，j，k，l）分别为东亚飞蝗的外翅、口器、颈部和内翅SEM图像；（m）东亚飞蝗
吉林大学硕士学位论文6图1.3自然界中典型的超疏水表面[7][26]（a，b）荷叶；（c，d）水稻叶；（e，f）水黾腿；（g，h）西瓜叶；（i，j）壁虎脚；（k，l）蝉翼；（m，n）蝴蝶翅膀；（o，p）蚊子复眼；（q，r）槐叶萍叶；（s，t）花生叶。经过研究人员们长时间对超疏水表面不断地探索，进行了大量的实验分析后得出了制备超疏水表面需要满足两个条件：首先，材料的表面必须具有非常低的表面自由能；其次，有必要在具有低表面自由能的表面上构建具有一定粗糙度的微结构。因此可以推断出制备超疏水表面有两个基本途径：即一方面是在疏水性表面上构建一定的粗糙结构使其变为超疏水表面；另一方面是在亲水表面构建一定的粗糙结构并使用含氟有机化合物、长链烷烃等低表面自由能的物质加以修饰使其变为超疏水表面。随着对超疏水表面研究的不断深入，越来越多的加工方法和加工技术被发现并用于制作超疏水表面，目前所报道的超疏水加工方法有：化学刻蚀法[30]、软刻蚀法[31]、激光刻蚀[32]、阳极氧化法[33]、升华结晶法[34]、电镀法[35]、溶胶凝胶法[36]、分子自组装法[37]、电解加工法[38]、模板法[39]、气相沉积法[40]、电化学沉积法[41]、静电纺丝法[42]、醇盐溶液浸泡法[43]、等离子体法[44]、水热法[45]、相分
【参考文献】：
期刊论文
[1]水性环氧树脂/纳米SiO2复合疏水涂层的制备及性能研究[J]. 杨璐璐,宿倩雪,狄凯莹,吕佳帅男,陈晓婷. 涂料工业. 2019(09)
[2]WPU/PTFE复合疏水涂层的制备和表征[J]. 赵亚林,吕运强,马会妮,樊创,韩文. 山东化工. 2019(14)
[3]石墨烯新材料发展现状与研发应用挑战[J]. 暴宁钟,白凤娟,何大方. 中国工业和信息化. 2018(08)
[4]石墨烯水性复合防腐涂料的研究进展[J]. 张艳,戴雷,黄友元,袁国辉. 表面技术. 2017(10)
[5]东亚飞蝗体表润湿性测试及疏水机理分析[J]. 王立新. 河北科技大学学报. 2017(05)
[6]防腐蚀涂料发展现状及进展[J]. 孔凡厚,张雷,罗智明,胥维昌,张磊. 涂料技术与文摘. 2017(06)
[7]石墨烯/聚酯/环氧粉末涂层耐腐蚀性研究[J]. 张方铭,曾志翔,程红华,韩金. 涂料工业. 2017(05)
[8]石墨烯防腐涂料研究进展[J]. 赵书华,陈玉,王树立,饶永超,史小军,刘飞飞,陈宏. 常州大学学报(自然科学版). 2017(02)
[9]浮萍研究进展[J]. 黄明星,朱思思,张秋鸿. 生物学杂志. 2016(03)
[10]石墨烯的制备方法及其性能研究[J]. 肖淑娟,于守武,谭小耀. 化学世界. 2015(06)
博士论文
[1]海洋环境复杂偶合体系腐蚀行为研究[D]. 王春丽.哈尔滨工程大学 2013
硕士论文
[1]石墨烯/氧化石墨烯-水性环氧树脂涂料的防腐蚀性能及机理研究[D]. 覃园斯.华南理工大学 2019
[2]金属基润湿性可控仿生超疏水表面的制备与调控机制[D]. 姚文广.吉林大学 2017
[3]微创手术器械高频电刀表面仿生脱附研究[D]. 曹会娜.吉林大学 2015
[4]铝合金表面多尺度仿生超疏水多功能表面的制备及机理研究[D]. 刘金丹.吉林大学 2014
[5]含氟丙烯酸树脂的合成及其在高性能疏水MMA地坪涂料中的应用[D]. 林书乐.华南理工大学 2012
本文编号：3272407
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