超疏水表面的构建及其海洋大气腐蚀防护机制的研究

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超疏水表面因其优良的抗雾、防冰和自清洁的特性,越来越多地应用在工业生产中。然而普通的超疏水材料也有一定的缺陷,那就是需要借助一定的外力才能使液体离开材料表面,而滞留的液滴极易引发金属的腐蚀。这一缺陷限制了超疏水材料的应用范围,尤其是海洋大气这一复杂多变的环境。因此本文将液滴自弹跳现象引入超疏水材料的腐蚀防护之中,借助液滴自发发生的弹跳行为,达到对金属材料腐蚀防护的目的。其本文以紫铜为基底金属,分别采用了水热合成法和电化学阳极氧化合成法构建超疏水表面。通过接触角测量仪、扫描电子显微镜、XRD、XPS等分析方法对超疏水表面的润湿性、微观形貌和化学组成进行了研究;通过三维数字显微镜和模拟实验观察和分析超疏水表面在特定的海洋大气环境下的弹跳行为;并采用电化学极化曲线的测试,分析超疏水表面的腐蚀防护性能。采用水热合成法在铜基底上构建针锥状纳米氧化锌微观结构,并通过硅烷修饰降低其表面能得到超疏水表面,其接触角为157.4°。通过模拟冷凝实验观察到在该超疏水材料的表面上液滴可以自发得发生合并和弹跳行为,并离开表面。冷凝结束时超疏水表面上的液滴覆盖率远小于裸铜表面的液滴覆盖率,且模拟冷凝实验后,超疏水表面的仍能完好地持有空气膜,并在电化学极化曲线测试中表现出优秀的腐蚀防护性能。通过电化学阳极氧化合成法在铜基底上构建了细长管状的纳米氢氧化铜微观结构,并通过硅烷修饰降低其表面能得到超疏水表面,其接触角为157.7°。对该超疏水表面进行模拟降雾实验,通过三维数字显微镜观察到该表面上液滴在成长到一定体积并合并时,会发生自弹跳现象,离开材料表面。模拟降雾结束后,该超疏水材料相比于裸铜表面有着更低的液滴覆盖率,且仍能完整地持有空气膜。通过电化学极化曲线测试可以发现,模拟降雾后的表面仅有较小的性能下降,电流密度约比裸铜试样小3个数量级,说明该表面在模拟降雾后仍有良好的腐蚀防护性能。
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