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二氧化钛纳米管阵列的制备、超疏水改性及耐蚀性能研究

作　者: 薛超瑞
导　师: 尹衍升
学　校: 中国海洋大学
专　业: 材料学
关键词: 阳极氧化 二氧化钛纳米管 超疏水 耐蚀性
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着人类社会的不断发展,人类对海洋的认识不断加深。由于海水具有强烈的腐蚀性,为更加高效的利用海洋资源,开发海水耐腐蚀材料具有重大战略意义。二氧化钛作为一种良好的光催化半导体材料,其在光照射下会产生电子和空穴,当二氧化钛与金属连接时,产生的电子注入金属基体可使其电位低于腐蚀电位从而达到防腐蚀要求。由于防腐过程中二氧化钛本身不发生溶解,可作为一种永久的防腐涂层,二氧化钛涂层防腐是当前应用研究的热点。二氧化钛纳米管阵列不仅具有优良的“光生阴极保护”功能,其特殊的多孔阵列状结构更适于表面超疏水改性。超疏水表面是近年来海洋防腐、防污和减阻领域的一个新的研究方向,因此,本文在阳极氧化制备二氧化钛纳米管阵列的基础上,选用合适的表面改性剂对其进行超疏水改性并进行耐腐蚀性能研究,旨在探索和研究一种新型的海洋用防腐、防污和减阻材料。首先,本课题采用阳极氧化法在乙二醇电解质溶液体系中制备二氧化钛纳米管阵列。通过改变电压和电解质水含量得到具有不同表面形貌的二氧化钛纳米管阵列。采用扫描电镜及透射电镜观察试样表面形貌,结果表明在高电压和低水含量电解质溶液下二氧化钛纳米管会过腐蚀形成纳米线,过腐蚀程度与电压和电解质溶液粘度呈线性关系。XRD测试结果表明阳极氧化得到的二氧化钛纳米管阵列为无定形态,450℃下热处理2h后转变为锐钛矿晶型。线性极化测试表明阳极氧化后钛金属的耐蚀性有一定程度的提高,其原因主要是纳米管底部具有一层致密的二氧化钛阻挡层。其次,在具有合适表面粗糙度的二氧化钛纳米管阵列的基础上,本文采用六甲基二硅胺烷对其进行超疏水改性。接触角测试表明改性后试样接触角为152°,超疏水效果明显。EDS分析结果表明六甲基二硅胺烷成功吸附于试样表面。采用线性极化及阻抗测试考察超疏水试样的耐腐蚀性能,结果表明超疏水试样的耐腐蚀性能大幅度提高。分析认为其主要原因主要是超疏水表面与液体之间存在气膜所致。稳定性测试表明超疏水试样在黑暗条件下疏水和耐腐蚀性能降幅较小,稳定性较高。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-29
  1.1 金属钛及应用  11-13
    1.1.1 钛的基本性质  11-12
    1.1.2 钛的应用现状  12-13
  1.2 金属腐蚀及其防护  13-19
    1.2.1 金属腐蚀的分类  14-17
    1.2.2 腐蚀防护  17-18
    1.2.3 腐蚀电化学研究方法  18-19
  1.3 二氧化钛纳米管阵列及研究现状  19-24
    1.3.1 二氧化钛薄膜性能及防腐  19-20
    1.3.2 阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列薄膜  20-22
    1.3.3 二氧化钛纳米管阵列薄膜的应用  22-24
  1.4 超疏水薄膜及其研究现状  24-28
    1.4.1 超疏水表面理论基础  25-26
    1.4.2 超疏水表面的制备及在防腐防污中的应用  26-27
    1.4.3 超疏水表面的发展方向及存在的问题  27-28
  1.5 本课题选题思想  28-29
第二章 二氧化钛纳米管阵列薄膜的制备及电化学性能研究  29-49
  2.1 引言  29-30
  2.2 实验仪器与试剂  30-31
    2.2.1 实验试剂  30
    2.2.2 实验仪器  30-31
  2.3 二氧化钛纳米管阵列的制备  31
    2.3.1 试片预处理  31
    2.3.2 阳极氧化  31
    2.3.3 Ti 片后处理  31
  2.4 二氧化钛纳米管阵列薄膜的表征与分析  31-32
    2.4.1 形貌及晶型分析  31-32
    2.4.2 电化学测试  32
  2.5 实验结果与讨论  32-47
    2.5.1 水含量对二氧化钛纳米管阵列表面形貌的影响  32-36
    2.5.2 电压对二氧化钛纳米管阵列表面形貌的影响  36-37
    2.5.3 二氧化钛纳米管透射电镜及晶型分析  37-39
    2.5.4 二氧化钛纳米管（线）形成机理讨论  39-42
    2.5.5 阳极氧化后钛的耐腐蚀性能研究  42-47
  2.6 本章小结  47-49
第三章 二氧化钛纳米阵列超疏水改性及电化学性能分析  49-64
  3.1 引言  49
  3.2 实验仪器与试剂  49-50
    3.2.1 实验试剂  49-50
    3.2.2 实验仪器  50
  3.3 试样的制备  50-51
  3.4 性能与表征  51-52
  3.5 实验结果与讨论  52-63
    3.5.1 超疏水二氧化钛纳米阵列薄膜性质及其表面形貌分析  52-56
    3.5.2 超疏水二氧化钛纳米阵列薄膜电化学性能分析  56-60
    3.5.3 二氧化钛纳米管阵列超疏水膜的耐腐蚀机理  60-61
    3.5.4 超疏水膜的稳定性分析  61-63
  3.6 本章小结  63-64
第四章 结论  64-66
参考文献  66-72
致谢  72-73
个人简历  73
发表的学术论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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