發(fā)布時(shí)間：2019-07-18 13:06

【摘要】：具有超疏水性能的不銹鋼材料在現(xiàn)實(shí)工業(yè)中有極廣泛的應(yīng)用性能,超疏水表面不但具有較好的疏水性,而且其在防腐蝕、抗結(jié)冰和自清潔等方面也有較大的應(yīng)用價(jià)值,目前研究制備穩(wěn)定有效的不銹鋼超疏水表面仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。構(gòu)筑不銹鋼超疏水表面必須同時(shí)滿足兩方面的要求:1、表面具有微/納米復(fù)合形貌,這是構(gòu)筑超疏水表面的基礎(chǔ);2、在具有復(fù)合形貌的基體表面修飾有機(jī)疏水基團(tuán)。目前制備超疏水表面常用的方法有水熱法、化學(xué)腐蝕法、電化學(xué)腐蝕等,但這些方法都對(duì)基材有一定的要求且都有一定的破壞性。針對(duì)以上情況,本文試驗(yàn)研究了一種高效且應(yīng)用廣泛的不銹鋼超疏水表面的制備方法。論文首先對(duì)硅烷偶聯(lián)劑KH550進(jìn)行了水解探究,再用制備而成的硅烷偶聯(lián)劑KH550 水解液對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行氨基化改性。將氨基化改性后的納米二氧化硅均勻分散在稀釋后的水性丙烯酸涂料中,在不銹鋼基體表面進(jìn)行涂覆后,基體表面形成微納米級(jí)結(jié)構(gòu),然后進(jìn)行硬脂酸的自組裝反應(yīng),在基體表面修飾疏水長(zhǎng)鏈,超疏水性不銹鋼表面得以形成。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:改性納米二氧化硅添加量為1.2%,硬脂酸乙醇溶液濃度為10%,自組裝反應(yīng)時(shí)間為3h時(shí),基體表面接觸角可達(dá)到152.8°,制備而成的超疏水表面的疏水效果最好。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究了納米粒子添加量、自組裝時(shí)間、硬脂酸溶液濃度等單因素對(duì)表面接觸角的影響機(jī)理,發(fā)現(xiàn)三個(gè)因素都是通過(guò)改變不銹鋼基體的表面形貌對(duì)接觸角起到影響。對(duì)制備的超疏水不銹鋼表面測(cè)試結(jié)果表明:材料表面的表面自由能降低了87.34%,滾動(dòng)角為10°,具有較好的自清潔能力。除此之外,在一定溫度范圍內(nèi),超疏水不銹鋼表面比空白表面抗結(jié)冰時(shí)間提高了近65倍。利用電化學(xué)工作站對(duì)超疏水表面的抗腐蝕性能測(cè)試結(jié)果表明:超疏水表面比空白表面的電極阻力有了較為明顯的增加,表明超疏水表面的防腐蝕性能增加顯著。
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圖片說(shuō)明： 逡逑瞧逡逑圖１．１水滴在荷葉表面的狀態(tài)及其表面微觀掃描電鏡圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｗａｔｅｒ邋ｄｒｏｐｌｅｔ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｏｆ邋Ｌｏｔｕｓ邋ｌｅａｆ邋ａｎｄ邋Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ逡逑ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｌｏｔｕｓ邋ｌｅａｆ邋ｓｕｒｆａｃｅ．逡逑超疏水功能也經(jīng)常出現(xiàn)在一些動(dòng)物的外表皮層上面［１４＿１７］，比如生活中常見(jiàn)逡逑的蜻蜓和蟬的翅翼表面，或者夏季常見(jiàn)的水生昆蟲(chóng)水黽，如圖１．２所示。它們逡逑可以在靜止的湖面和池塘上駐足、睡眠，甚至可以快速滑行，而滑行過(guò)程中并逡逑不會(huì)沾濕自己的腳。逡逑ｒ邋ＩQi媝灥＿逡逑圖１．２水黽外表皮層形貌掃描電鏡圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｗａｔｅｒ邋ｓｔｒｉｄｅｒ逡逑江雷課題組［１８￣］對(duì)其進(jìn)行了深入的研宄，發(fā)現(xiàn)這些動(dòng)物的外表皮層都有針狀的逡逑２逡逑
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圖片說(shuō)明： 通常情況下，將一滴水滴在水平放置的潔凈表面上，其固液兩相的潤(rùn)濕程逡逑度可以用接觸角來(lái)表示。在固氣液三相接觸線上做氣液界面切線，該切線與固逡逑液界面的夾角被稱為接觸角，接觸角用ｅ表示（如圖１．３所示）。ｙｃｊＳ、Ｕｓ、＂Ｙｃｌ逡逑分別是氣固、液固、氣液三個(gè)界面上的界面張力，當(dāng)上述三個(gè)力處于平衡狀態(tài)逡逑時(shí)，液滴保持一定形狀，在水平方向上力的矢量之和為零。逡逑Ｔｉｖ邋＼逡逑氣體．逡逑霄邐Ｔｓｖ逡逑％邐固體逡逑圖１．３接觸角示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍｔｉｃ邋ｏｆ邋ｃｏｎｔａｃｔ邋ａｎｇｌｅ逡逑當(dāng)ｅ＞９0°時(shí)，表面整體上呈現(xiàn)不潤(rùn)濕狀態(tài)，當(dāng)ｅ＜９0°時(shí)，表面呈現(xiàn)可潤(rùn)濕狀態(tài)。逡逑除此之外還存在兩種特殊情況：１、當(dāng)ｅ＝ｏ°時(shí)，表面呈現(xiàn)完全潤(rùn)濕狀態(tài)，這時(shí)逡逑的表面張力最大；２、當(dāng)ｅ＞１５０°時(shí)，，界面呈現(xiàn)超疏水性。但按照楊氏方程推論，逡逑接觸角是由固體、氣體、液體的表面張力共同決定的，當(dāng)固液材料的性質(zhì)不變逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG178

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2515896