本文關鍵詞：電刷鍍制備銅膜及超疏水性能的研究

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【摘要】：金屬材料作為人類生產(chǎn)生活中應用最廣泛的工程材料有著不可取代的地位,但金屬本身的一些特點也制約了金屬材料在某些領域的應用。固體表面的潤濕性取決于固體表面粗糙度以及表面自由能,由于金屬表面較高的表面自由能使得金屬材料具有親水特性,很容易被液體浸濕進而被腐蝕,因此金屬材料在潮濕或水域環(huán)境中的應用受到較大的限制。金屬材料的表面自由能不容易被改變,如果能夠通過控制材料表面微觀結構和化學成分而使得金屬材料表面疏水甚至是超疏水,這將會拓寬材料的應用領域,也將顛覆金屬材料親水的傳統(tǒng)。隨著各個獨立學科及交叉學科的研究發(fā)展,無論是固體表面潤濕性能的理論研究,還是制備具有特殊潤濕性能固體表面的技術工藝,都有了非常重大的進步并且日臻成熟�！昂扇~效應”就是這一研究領域的熱門話題之一,落在荷葉表面的水珠同落在其它物體表面不同,水珠會形成規(guī)則的可在荷葉表面隨意滾動的球形水滴。研究人員發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于荷葉表面具有特殊的微觀結構以及疏水的蠟質層。根據(jù)現(xiàn)有的理論以及技術工藝,人們制備了很多具有特殊潤濕性能的材料,尤其是超疏水材料。但是受限于理論以及工藝,疏水材料的制備普遍都涉及到表面化學修飾。就金屬材料而言,經(jīng)化學修飾的金屬表面其熱穩(wěn)定性和機械性能不能滿足生產(chǎn)應用的要求,在特殊的環(huán)境下很容易遭到破壞而導致其表面疏水性能的消失;而且,金屬材料良好的導電導熱等特性會因為化學修飾層而受到影響。除此之外,另一個重要的研究難題在于如何構建與荷葉表面類似的微觀結構,依靠現(xiàn)有的技術工藝很難達到這一要求。綜上所述,在不采用任何表面化學修飾的前提下,使金屬材料表面具備超疏水性,甚至是各向異性的潤濕性能,在理論研究和實際應用方面都將產(chǎn)生深遠影響。本文通過改良刷鍍技術,采用一步刷鍍工藝,通過控制各項刷鍍參數(shù),并通過合理配制鍍液,在經(jīng)過預處理的銅箔表面制備出一系列無方向性和有方向性且具有不同結構和形貌的銅膜。采用一系列材料表征手段,如掃描電子顯微鏡(SEM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X射線衍射儀(XRD)和X射線光電子能譜儀(XPS),分別對制備的銅膜樣品進行了表面形貌、晶體結構和化學成分的分析;而且對銅膜樣品表面的潤濕性能進行測試,探究了銅膜樣品表面結構對其潤濕性能的影響以及樣品表面是否具有方向性對各向異性潤濕性能的影響。主要研究結果如下:1.通過改良刷鍍技術,控制刷鍍參數(shù)尤其是刷鍍電壓(2.0~4.0V),并合理配制鍍液,采用一步刷鍍工藝,在經(jīng)過預處理的銅箔表面構建了類似荷葉表面的微觀結構-三級分級結構,即一級的納米晶粒結構,二級的亞微米凸起結構和三級的微米乳突結構,而這三個級別的結構按照由大到小的順序依次疊加。其中刷鍍電壓的改變影響第三級結構-微米級的乳突結構,而不影響其它兩級結構。2.通過對銅箔表面預處理進行方向性的構造,然后采用改進的一步電刷鍍技術進行刷鍍制備出帶有方向性的銅膜,其表面的微觀結構也具有明顯的結構分級現(xiàn)象,且第三級的微米乳突結構呈有序排列,并對平行及垂直方向分別進行接觸角測量,發(fā)現(xiàn)方向性銅膜樣品表面的潤濕性具有各向異性。3.根據(jù)潤濕理論,并通過理論推導及實驗觀察研究了銅膜樣品表面特殊潤濕性能,發(fā)現(xiàn)只依靠表面結構構建制備出的銅膜表面具有良好的超疏水效果,接觸角可達151°。
【關鍵詞】：電刷鍍 超疏水 分級結構 各向異性
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ153.14
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 超疏水表面制備的理論基礎13-18
• 1.2.1 潤濕行為研究的相關定義13-15
• 1.2.2 潤濕相關的三大理論15-17
• 1.2.3 Cassie潤濕狀態(tài)的穩(wěn)定性17-18
• 1.2.4 表面張力和表面自由能18
• 1.3 制備具有超疏水性表面的方法18-23
• 1.3.1 化學沉積法19
• 1.3.2 光刻法19-20
• 1.3.3 模板印刷法20-21
• 1.3.4 溶膠-凝膠法21
• 1.3.5 電紡絲法21-22
• 1.3.6 蒸汽誘導相分離法22
• 1.3.7 腐蝕法22
• 1.3.8 其他方法22-23
• 1.4 電刷鍍技術23-25
• 1.4.1 電刷鍍基本原理23-24
• 1.4.2 電刷鍍工藝過程24
• 1.4.3 結晶生長機理24-25
• 1.5 具有超疏水性表面的應用25-28
• 1.5.1 防冰雪粘附26
• 1.5.2 流體減阻26
• 1.5.3 生物醫(yī)學領域26
• 1.5.4 織物上的應用26-27
• 1.5.5 金屬防腐27
• 1.5.6 光學領域27-28
• 1.5.7 電池中的應用28
• 1.6 選題意義及研究內容28-30
• 第2章 具有超疏水性的銅膜制備與表征30-38
• 2.1 引言30
• 2.2 粗糙結構表面的制備30-35
• 2.2.1 實驗基材與藥品30-31
• 2.2.2 樣品制備實驗平臺31-32
• 2.2.3 樣品制備實驗過程32-35
• 2.2.3.1 配制鍍液過程32-34
• 2.2.3.2 銅箔預處理34
• 2.2.3.3 刷鍍工藝流程34-35
• 2.3 實驗表征35-38
• 2.3.1 表面微觀形貌分析35
• 2.3.2 樣品晶體結構分析35-36
• 2.3.3 樣品組成分析36
• 2.3.4 靜態(tài)與動態(tài)潤濕性能分析36
• 2.3.5 樣品表面水滴形態(tài)測試36-38
• 第3章 無方向性銅膜樣品的制備及表面潤濕性能的研究38-52
• 3.1 引言38-39
• 3.2 無方向性銅膜的制備39
• 3.3 無方向性銅膜樣品表征分析39-50
• 3.3.1 微觀形貌分析39-42
• 3.3.2 成分分析42-44
• 3.3.3 潤濕行為分析44-50
• 3.3.3.1 潤濕機制44-46
• 3.3.3.2 潤濕行為分析46-50
• 3.4 本章小結50-52
• 第4章 有方向性銅膜樣品的制備及表面潤濕性能的研究52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 有方向性銅膜樣品的制備53
• 4.3 有方向性銅膜樣品表征分析53-61
• 4.3.1 微觀形貌分析53-57
• 4.3.2 成分分析57-59
• 4.3.3 潤濕性能分析59-61
• 4.3.3.1 超疏水性59-61
• 4.3.3.2 各向異性61
• 4.4 本章小結61-64
• 第5章 結論64-66
• 參考文獻66-77
• 致謝77

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本文編號：656388