本文關(guān)鍵詞：銅基仿生微結(jié)構(gòu)多功能表面的制備及性能

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【摘要】：銅合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及機(jī)械性能，因此在人類生活及工業(yè)中具有極為廣泛的應(yīng)用，遍及電氣、建筑、機(jī)械制造及交通等多個(gè)領(lǐng)域。作為自然界中普遍存在的現(xiàn)象，固體表面的潤(rùn)濕行為是表面化學(xué)研究中極為關(guān)鍵的一部分。許多生物材料除了超疏水性能之外，還具有自清潔、防污、減阻、防霜凍、耐腐蝕等特性，從而有著極為廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景。基于自然界生物的優(yōu)異特性，在銅基體上制備具有超疏水性的多功能表面具有重要的科學(xué)意義與工業(yè)價(jià)值，并將極大增加銅基材的應(yīng)用范圍。因此，本文選取紫銅合金為基底，分別采用電沉積技術(shù)與飛秒激光加工技術(shù)成功制備出銅合金超疏水表面，觀察制備表面的微觀形貌，系統(tǒng)分析其潤(rùn)濕性、耐腐蝕性、結(jié)構(gòu)色等特性，并揭示了功能、結(jié)構(gòu)、材料間的作用機(jī)理。 采用電沉積技術(shù)制備了具有粘附性可調(diào)控的功能表面�；谧郧鍧嵑扇~和高粘附玫瑰花瓣獨(dú)特的超疏水性能，以及生物表面微觀結(jié)構(gòu)的研究，以銅合金為基底，采用電沉積技術(shù)，選用0.038mol/L氯化鈰與0.1mol/L十四烷酸的150mL乙醇溶液作為電解液，通過(guò)控制電沉積時(shí)間與電壓大小，獲得具有微納雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)的典型超疏水生物表面特征的薄膜，呈現(xiàn)出粘附性可控的超疏水特性。高粘附超疏水表面的最大接觸角為155.1°，滾動(dòng)角小于2°；自清潔表面上的接觸角達(dá)到160.9°，遲滯角小于3°，并基于Wenzel模型和Cassie模型對(duì)制備表面的潤(rùn)濕性展開(kāi)分析。對(duì)動(dòng)極化曲線及電化學(xué)阻抗譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)相比較純銅基底，所制備的超疏水表面具有較高的腐蝕抑制特性。使用pH范圍為1-14的溶液來(lái)測(cè)試表面穩(wěn)定性，，結(jié)果顯示所制備表面的靜態(tài)接觸角數(shù)值并未因pH值的變化發(fā)生較大變動(dòng)。此外，水下浸泡測(cè)試也顯示出表面潤(rùn)濕狀態(tài)為穩(wěn)定的Cassie狀態(tài)。 運(yùn)用飛秒激光加工技術(shù)制備了具有各向異性潤(rùn)濕性和彩虹色的結(jié)構(gòu)表面。選用具有各向異性潤(rùn)濕性、色彩斑斕的蝴蝶翅膀?yàn)榉律罁?jù)，采用紫銅板為試驗(yàn)材料，使用飛秒激光加工技術(shù)進(jìn)行仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制備，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)加工參數(shù)，在銅基底上形成周期性的典型激光誘導(dǎo)的微納米尺度雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)，不僅基底疏水性得到改善，同時(shí)呈現(xiàn)出一定的結(jié)構(gòu)色效應(yīng)。當(dāng)激光掃描功率比較小，或掃描速度較快，或是掃描間距略寬時(shí)，就會(huì)在銅基底上形成典型的飛秒激光誘導(dǎo)的周期性結(jié)構(gòu)，同時(shí)覆蓋有一定量的微納米顆粒，這種特殊結(jié)構(gòu)使得制備表面顏色呈現(xiàn)出多彩的顏色變化。分析潤(rùn)濕性測(cè)試結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)任何修飾，制備表面接觸角就已高達(dá)151.3°，達(dá)到超疏水狀態(tài)。隨著激光加工功率的增加，表面不同方向上均具有較高的疏水性，僅呈現(xiàn)出微弱的各向異性潤(rùn)濕。分析表面微觀形貌、潤(rùn)濕性能及光學(xué)性能可發(fā)現(xiàn)，隨著加工參數(shù)的變化，表面微觀結(jié)構(gòu)具有明顯的變化，而且這也是引起表面結(jié)構(gòu)色及各向異性潤(rùn)濕性的主要因素。
【關(guān)鍵詞】：銅合金 仿生 多功能 超疏水
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 選題背景與意義10-11
• 1.2 潤(rùn)濕模型分析11-13
• 1.2.1 Young氏方程11
• 1.2.2 Wenzel模型11-12
• 1.2.3 Cassie-Baxter模型12-13
• 1.3 仿生超疏水表面研究現(xiàn)狀13-23
• 1.3.1 受荷葉啟發(fā)的自清潔表面14-15
• 1.3.2 受玫瑰花瓣啟發(fā)的高粘附表面15-16
• 1.3.3 受水稻葉啟發(fā)的各向異性表面16-17
• 1.3.4 受蝴蝶翅膀啟發(fā)的結(jié)構(gòu)色表面17-19
• 1.3.5 銅基體仿生多功能超疏水表面制備現(xiàn)狀19-23
• 1.4 研究思路及內(nèi)容23-24
• 第2章 樣品制備與表征24-34
• 2.1 試驗(yàn)材料與試劑24
• 2.2 制樣方案24-27
• 2.2.1 電沉積法25-27
• 2.2.2 飛秒激光加工技術(shù)27
• 2.3 樣品表征27-32
• 2.3.1 表面形貌分析27-28
• 2.3.2 化學(xué)成分分析28-29
• 2.3.3 潤(rùn)濕性能分析29-30
• 2.3.4 耐腐蝕性分析30-31
• 2.3.5 化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試31
• 2.3.6 表面結(jié)構(gòu)色分析31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第3章 電沉積法制備粘附性可控的超疏水表面34-52
• 3.1 超疏水表面的微觀形貌34-36
• 3.1.1 電沉積時(shí)間對(duì)表面形貌的影響34-35
• 3.1.2 電壓對(duì)表面形貌的影響35-36
• 3.2 超疏水表面的成分表征36-39
• 3.2.1 FTIR分析36-37
• 3.2.2 XPS分析37-39
• 3.3 超疏水表面的潤(rùn)濕性39-44
• 3.3.1 電沉積時(shí)間對(duì)潤(rùn)濕性的影響39-40
• 3.3.2 電壓變化對(duì)潤(rùn)濕性的影響40-41
• 3.3.3 水滴運(yùn)動(dòng)狀態(tài)41-42
• 3.3.4 疏水機(jī)理分析42-44
• 3.4 超疏水表面的耐蝕性分析44-49
• 3.4.1 動(dòng)極化曲線分析44-46
• 3.4.2 電化學(xué)阻抗譜分析46-49
• 3.4.3 腐蝕機(jī)制分析49
• 3.5 表面穩(wěn)定性分析49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第4章 飛秒激光加工制備具有結(jié)構(gòu)色的超疏水表面52-64
• 4.1 微觀形貌分析52-57
• 4.1.1 掃描功率對(duì)表面形貌的影響52-55
• 4.1.2 掃描間隔對(duì)表面形貌的影響55-56
• 4.1.3 掃描速度對(duì)表面形貌的影響56-57
• 4.2 表面結(jié)構(gòu)色分析57-61
• 4.2.1 表面光學(xué)圖像57-59
• 4.2.2 反射光譜59-61
• 4.3 潤(rùn)濕性分析61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第5章 結(jié)論與展望64-66
• 5.1 結(jié)論64-65
• 5.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-76
• 導(dǎo)師簡(jiǎn)介76-78
• 作者簡(jiǎn)介78-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

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本文編號(hào)：1103165