收藏本站
《兰州交通大学》 2016年
加入收藏

长效超疏水铜基材料的制备与性能研究

杨梅  
【摘要】:铜具有高导电和导热性、适宜的强度、易加工成形等优异性能而被广泛地应用于日常生活和工业生产中。铜粉主要被用来制造摩擦材料、金刚石制品、电触头材料等。但是,铜在使用过程中会产生腐蚀,而将材料表面超疏水化能够改善材料的耐腐蚀性能,并可以赋予铜基材料自清洁等性能。本研究采用两种方案对铜粉进行改性,通过对两种方案制备过程中的工艺条件进行优化最终制备得到了超疏水铜基材料,并对制备得到的超疏水试样的相结构、化学结构、表面相貌进行了研究。此外,对两种方案制备出的试样的超疏水表面的长效性和稳定性、对于污染物的自清洁能力、以及超疏水性能的可再生能力进行了研究,并对机理进行了探讨。主要研究内容和结果如下:(1)将铜粉先进行清洗,然后利用Na OH/(NH4)2S2O8以及硝酸银将铜粉进行氧化,后通过十二烷基硫醇的乙醇溶液进行处理。最后,再通过压制成型制备铜基超疏水材料(简称方案一)。通过单因素法考察了各个工艺条件的影响并得到最佳实验工艺条件:当Na OH/(NH4)2S2O8的浓度分别为0.6 mol/L/0.26 mol/L、硝酸银浓度为0.03 mol/L、十二烷基硫醇浓度为0.15 mol/L、浸泡时间为24 h、压强为150 MPa时得到了接触角为153.2°、滚动角为7°的超疏水铜基材料。通过XRD,EDS对超疏水试样每一步骤下的铜粉的相结构和化学成分进行了分析,再通过FT-IR对十二烷基硫醇组装前后的铜粉的化学结构进行分析,发现十二烷基硫醇的长链成功组装到了铜粉表面。通过SEM观察所制备超疏水试样的表面形貌,可以发现,铜基材料表面呈现出类似手指状的微米-纳米二级粗糙结构,而单个手指状结构的长度为1-3μm,宽度为60 nm左右。这种微观结构及组装的疏水烃基长链是铜基材料具有超疏水性能的根本原因。(2)将方案一中的制备方法继续简化,将清洗后铜粉仅采用硝酸银氧化然后通过十二烷基硫醇改性,再通过压制构建得到接触角为155.2°、滚动角为5°的铜基超疏水表面(简称方案二)。采用单因素法得到的最佳工艺条件为:硝酸银浓度为0.03 mol/L,十二烷基硫醇浓度为0.15 mol/L,浸泡时间为16 h,压强为80 MPa。超疏水试样通过XRD、FT-IR和EDS对不同处理方法下的铜粉的相结构和化学成分进行了分析,并利用扫描电镜观察了所制备的超疏水铜基材料的表面形貌,结果表明:超疏水铜基试样表面存在大量的突起,这些突起构成了类似花菜状的微米-纳米二级粗糙结构,其上组装了十二烷基硫醇长链,从而赋予这种铜基材料具有超疏水性能。(3)对制备的超疏水铜基材料的超疏水特性的长效性和稳定性进行了考察,发现制备的超疏水铜基材料放置10个月以上依然呈现出良好的超疏水性能,表明两种方案制备的试样具有长效稳定性。将两种方案制备的试样在蒸馏水中浸泡一个月后,方案一的试样在20天内接触角仍可达到150°以上,方案二则是15天。这说明两种方案制备的超疏水试样均具有良好的浸泡稳定性。此外,我们将不同p H的酸碱溶液滴在两种方案制备的超疏水试样上,发现当p H为3-14时两种方案制备的铜基材料依然可以保持良好的疏水性能。(4)研究考察了所制备的超疏水铜基材料的自清洁性能和可再生性能。在超疏水铜基材料表面上铺撒上烟灰和粉笔末并倾斜大约5°时,水滴滴在表面后会快速滚动并将污染物颗粒粘在水滴表面而带离,从而使超疏水铜基材料表现出优异的自清洁性能。我们利用手指摁压,在表面上滴上油对两种方案制备试样进行污染,经过打磨后,发现其都可以再次获得超疏水性能,这表明两种方案制备得到的试样的超疏水特性都具有可再生性能。这是由于铜基材料内部和表面具有相同的结构与组成。
【关键词】:铜粉 超疏水 长效性 自清洁 可再生
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB34
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 1 绪论11-21
  • 1.1 铜11-12
  • 1.1.1 概述11
  • 1.1.2 铜以及铜粉的性能特点及应用11
  • 1.1.3 铜在使用过程中存在的问题11-12
  • 1.2 超疏水表面12-18
  • 1.2.1 超疏水表面简介12-15
  • 1.2.2 超疏水表面制备技术及研究现状15-17
  • 1.2.3 铜基超疏水表面的研究现状17-18
  • 1.3 超疏水材料的应用18-19
  • 1.4 铜基超疏水材料在使用中存在的问题19-20
  • 1.5 本课题的研究内容和意义20-21
  • 2 氢氧化钠/过硫酸铵/硝酸银氧化-十二烷基硫醇修饰法构建铜基超疏水表面21-39
  • 2.1 引言21
  • 2.2 实验部分21-25
  • 2.2.1 实验材料与试剂21
  • 2.2.2 实验仪器21-22
  • 2.2.3 超疏水铜基材料制备方法22-23
  • 2.2.4 试样表征23-25
  • 2.3 结果与讨论25-38
  • 2.3.1 NaOH浓度对铜基材料表面润湿性的影响25-26
  • 2.3.2 DM浓度对铜基材料表面润湿性的影响26-28
  • 2.3.3 DM的浸泡时间对铜基材料表面润湿性的影响28-29
  • 2.3.4 压强对铜基材料表面润湿性的影响29-31
  • 2.3.5 不同压强下压制的铜基材料的抗压强度与表观密度研究31-32
  • 2.3.6 处理方法对铜粉相结构及化学结构的影响32-36
  • 2.3.7 铜基材料的表面形貌及润湿性36-37
  • 2.3.8 铜基材料表面超疏水机理37-38
  • 2.4 本章小结38-39
  • 3 硝酸银氧化-十二烷基硫醇浸泡构建超疏水表面39-55
  • 3.1 引言39
  • 3.2 实验部分39-41
  • 3.2.1 主要实验材料和仪器39-40
  • 3.2.2 试样制备方法40
  • 3.2.3 试样表征方法40-41
  • 3.3 结果与讨论41-54
  • 3.3.1 硝酸银浓度对铜基材料表面润湿性的影响41-43
  • 3.3.2 DM浓度对铜基表面润湿性的影响43-44
  • 3.3.3 DM浸泡时间对铜基表面润湿性的影响44-46
  • 3.3.4 压强对铜基表面润湿性的影响46-47
  • 3.3.5 不同压强下压制的铜基材料的抗压强度与表观密度研究47-49
  • 3.3.6 处理方法对铜粉相结构的影响49-50
  • 3.3.7 处理方法对铜粉化学结构影响50-52
  • 3.3.8 铜块的表面形态和润湿性52-53
  • 3.3.9 铜基材料表面的超疏水机理探究53-54
  • 3.4 本章小结54-55
  • 4 铜基材料表面超疏水性能的长效性和稳定性研究55-61
  • 4.1 引言55
  • 4.2 实验部分55
  • 4.2.1 主要实验材料55
  • 4.2.2 铜基材料表面超疏水性能的长效性和稳定性测试方法55
  • 4.3 结果与讨论55-60
  • 4.3.1 铜基材料表面超疏水性能的放置稳定性55-56
  • 4.3.2 铜基材料表面超疏水性能的浸泡稳定性56-58
  • 4.3.3 铜基材料表面超疏水性能对酸碱溶液的稳定性58-60
  • 4.4 本章小结60-61
  • 5 铜基超疏水表面的自清洁与可再生性能研究61-68
  • 5.1 引言61
  • 5.2 实验部分61
  • 5.2.1 自清洁性能测试方法61
  • 5.2.2 可再生性能测试方法61
  • 5.3 结果与讨论61-66
  • 5.3.1 超疏水铜基材料的自清洁性能测试61-63
  • 5.3.2 超疏水表面的自清洁性能机理探讨研究63-64
  • 5.3.3 铜基材料表面超疏水性能的再生性能测试64-66
  • 5.3.4 超疏水表面的可再生性能机理探讨研究66
  • 5.4 本章小结66-68
  • 6 结论与展望68-70
  • 6.1 结论68-69
  • 6.2 展望69-70
  • 致谢70-71
  • 参考文献71-75
  • 攻读学位期间的研究成果75

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李伟;卢晟;李梅;;疏水二氧化硅/聚苯乙烯超疏水复合涂层的简易制备及其防沾污性研究[J];材料导报;2011年16期
2 张友法;余新泉;周荃卉;李康宁;;超疏水低粘着铜表面制备及其防覆冰性能[J];物理化学学报;2010年05期
3 ;功能化超疏水材料研究获新进展[J];化工中间体;2012年11期
4 蔡锡松;肖新颜;;超疏水表面涂层研究进展[J];现代化工;2013年01期
5 张燕;马福民;李文;于占龙;阮敏;丁一刚;;超疏水锌表面的制备及其性能研究[J];科技资讯;2013年07期
6 黄建业;王峰会;赵翔;张凯;;超疏水状态的润湿转变与稳定性测试[J];物理化学学报;2013年11期
7 孙旭东;李广芬;张玉忠;;超疏水膜的研究进展[J];化工新型材料;2009年12期
8 高锦章;赵菊玲;郭昊;龙世佳;杨武;;溶液浸泡法制备超疏水锌表面[J];西北师范大学学报(自然科学版);2012年03期
9 李恒达;刘心中;甘永江;郑志功;;肉豆蔻酸铜超疏水表面化学结构及其性能分析[J];功能材料;2014年09期
10 徐蕊;马英子;肖新颜;;仿生超疏水涂层材料研究新进展[J];化工新型材料;2009年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱小涛;张招柱;;兼具耐磨功能和可修复功能的超疏水材料[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年
2 银龙;王庆军;陈庆民;;自然与仿生荷叶表面在极端相对湿度下的超疏水性质[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 伍廉奎;胡吉明;张鉴清;;基于电沉积二氧化硅薄膜的超疏水表面[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
4 刘玮;卢士香;徐文国;;锌基底表面超疏水薄膜的制备和表征[A];第十六届全国分子光谱学学术会议论文集[C];2010年
5 张靓;赵宁;徐坚;;氰基丙烯酸甲酯聚合一步制备超疏水涂层[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
6 张燕;李文;马福民;丁一刚;;一步浸泡法制备微米结构的超疏水锌表面[A];中国化学会2013年中西部地区无机化学化工学术研讨会论文集[C];2013年
7 杨昊炜;肖斐;;溶胶凝胶法制备有机硅氧烷超疏水薄膜及其热稳定性研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
8 廖张洁;朱钟鸣;郭宏磊;彭懋;;透明抗静电超疏水材料的制备[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
9 张继琳;韩艳春;;超疏水-超亲油单分子层表面的制备[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
10 陈医嘉;徐文国;卢士香;;超疏水膜制备方法的研究进展[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 科信;超疏水塑料薄膜研制成功[N];中国化工报;2004年
2 王启兵;超疏水纳米二氧化硅研制成功[N];中国化工报;2006年
3 记者 李峰;兰州化学物理研究所获得两项发明专利[N];甘肃日报;2011年
4 宋丽;洗涤技术的革命[N];山东科技报;2001年
5 华凌;澳开发出超疏水防雾纳米结构[N];科技日报;2014年
6 陈功;超双疏阵列碳纳米管膜研制成功[N];中国有色金属报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李坤泉;超疏水表面的构造和有机/无机杂化超疏水涂层的制备与性能研究[D];华南理工大学;2015年
2 刘秦;微机电系统材料表面疏水/超疏水薄膜的制备及功能特性研究[D];华南理工大学;2015年
3 彭珊;超疏水/超双疏材料的制备及其性能研究[D];华南理工大学;2015年
4 全云云;基于液滴弹跳现象的超疏水表面自清洁特性研究[D];华南理工大学;2016年
5 王智杰;氧化铝基纳米材料的制备及超疏水表面研究[D];东华大学;2016年
6 黄正勇;耐磨超疏水半导体硅橡胶复合涂层制备方法与防冰性能研究[D];重庆大学;2016年
7 姚同杰;超疏水材料的制备与应用[D];吉林大学;2009年
8 范友华;超疏水涂层的制备及其在模拟环境中的防腐蚀性能研究[D];中南大学;2014年
9 王媛怡;冷凝现象对超疏水表面主动防冰/疏冰功能的影响及验证[D];南京大学;2015年
10 阮敏;铝基超疏水材料的制备及其抗覆冰性能的实验和理论研究[D];武汉大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 江培国;功能化超疏水材料的制备[D];华南理工大学;2015年
2 姚凯;超疏水薄膜的制备及其应用研究[D];华南理工大学;2015年
3 范少涛;仿生超疏水表面滑移流动减阻的数值研究[D];华南理工大学;2015年
4 刘峰;提高超疏水性生物质基材料稳定性和耐久性的研究[D];东北林业大学;2015年
5 巢光华;铝合金超疏水膜的制备及防护性能研究[D];湖南工业大学;2015年
6 张先营;仿生超疏水表面的制备及其润湿性研究[D];苏州大学;2015年
7 戎晨;基于石墨稀疏水自清洁表面的构筑与研究[D];苏州大学;2015年
8 张晓艳;超疏水皮革涂层构筑的研究[D];陕西科技大学;2015年
9 唐永强;含氟纳米杂合涂层的制备及其超疏水与防覆冰性能[D];浙江大学;2015年
10 韩庆雨;多尺度功能化Fe_3O_4及其聚合物超疏水复合涂膜的制备与性能研究[D];杭州师范大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026