發(fā)布時間：2017-11-02 13:32

  本文關(guān)鍵詞：長效超疏水銅基材料的制備與性能研究

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【摘要】：銅具有高導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、適宜的強度、易加工成形等優(yōu)異性能而被廣泛地應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。銅粉主要被用來制造摩擦材料、金剛石制品、電觸頭材料等。但是,銅在使用過程中會產(chǎn)生腐蝕,而將材料表面超疏水化能夠改善材料的耐腐蝕性能,并可以賦予銅基材料自清潔等性能。本研究采用兩種方案對銅粉進行改性,通過對兩種方案制備過程中的工藝條件進行優(yōu)化最終制備得到了超疏水銅基材料,并對制備得到的超疏水試樣的相結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面相貌進行了研究。此外,對兩種方案制備出的試樣的超疏水表面的長效性和穩(wěn)定性、對于污染物的自清潔能力、以及超疏水性能的可再生能力進行了研究,并對機理進行了探討。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)將銅粉先進行清洗,然后利用Na OH/(NH4)2S2O8以及硝酸銀將銅粉進行氧化,后通過十二烷基硫醇的乙醇溶液進行處理。最后,再通過壓制成型制備銅基超疏水材料(簡稱方案一)。通過單因素法考察了各個工藝條件的影響并得到最佳實驗工藝條件:當Na OH/(NH4)2S2O8的濃度分別為0.6 mol/L/0.26 mol/L、硝酸銀濃度為0.03 mol/L、十二烷基硫醇濃度為0.15 mol/L、浸泡時間為24 h、壓強為150 MPa時得到了接觸角為153.2°、滾動角為7°的超疏水銅基材料。通過XRD,EDS對超疏水試樣每一步驟下的銅粉的相結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分進行了分析,再通過FT-IR對十二烷基硫醇組裝前后的銅粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)進行分析,發(fā)現(xiàn)十二烷基硫醇的長鏈成功組裝到了銅粉表面。通過SEM觀察所制備超疏水試樣的表面形貌,可以發(fā)現(xiàn),銅基材料表面呈現(xiàn)出類似手指狀的微米-納米二級粗糙結(jié)構(gòu),而單個手指狀結(jié)構(gòu)的長度為1-3μm,寬度為60 nm左右。這種微觀結(jié)構(gòu)及組裝的疏水烴基長鏈是銅基材料具有超疏水性能的根本原因。(2)將方案一中的制備方法繼續(xù)簡化,將清洗后銅粉僅采用硝酸銀氧化然后通過十二烷基硫醇改性,再通過壓制構(gòu)建得到接觸角為155.2°、滾動角為5°的銅基超疏水表面(簡稱方案二)。采用單因素法得到的最佳工藝條件為:硝酸銀濃度為0.03 mol/L,十二烷基硫醇濃度為0.15 mol/L,浸泡時間為16 h,壓強為80 MPa。超疏水試樣通過XRD、FT-IR和EDS對不同處理方法下的銅粉的相結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分進行了分析,并利用掃描電鏡觀察了所制備的超疏水銅基材料的表面形貌,結(jié)果表明:超疏水銅基試樣表面存在大量的突起,這些突起構(gòu)成了類似花菜狀的微米-納米二級粗糙結(jié)構(gòu),其上組裝了十二烷基硫醇長鏈,從而賦予這種銅基材料具有超疏水性能。(3)對制備的超疏水銅基材料的超疏水特性的長效性和穩(wěn)定性進行了考察,發(fā)現(xiàn)制備的超疏水銅基材料放置10個月以上依然呈現(xiàn)出良好的超疏水性能,表明兩種方案制備的試樣具有長效穩(wěn)定性。將兩種方案制備的試樣在蒸餾水中浸泡一個月后,方案一的試樣在20天內(nèi)接觸角仍可達到150°以上,方案二則是15天。這說明兩種方案制備的超疏水試樣均具有良好的浸泡穩(wěn)定性。此外,我們將不同p H的酸堿溶液滴在兩種方案制備的超疏水試樣上,發(fā)現(xiàn)當p H為3-14時兩種方案制備的銅基材料依然可以保持良好的疏水性能。(4)研究考察了所制備的超疏水銅基材料的自清潔性能和可再生性能。在超疏水銅基材料表面上鋪撒上煙灰和粉筆末并傾斜大約5°時,水滴滴在表面后會快速滾動并將污染物顆粒粘在水滴表面而帶離,從而使超疏水銅基材料表現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔性能。我們利用手指摁壓,在表面上滴上油對兩種方案制備試樣進行污染,經(jīng)過打磨后,發(fā)現(xiàn)其都可以再次獲得超疏水性能,這表明兩種方案制備得到的試樣的超疏水特性都具有可再生性能。這是由于銅基材料內(nèi)部和表面具有相同的結(jié)構(gòu)與組成。
【關(guān)鍵詞】：銅粉 超疏水 長效性 自清潔 可再生
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 銅11-12
• 1.1.1 概述11
• 1.1.2 銅以及銅粉的性能特點及應(yīng)用11
• 1.1.3 銅在使用過程中存在的問題11-12
• 1.2 超疏水表面12-18
• 1.2.1 超疏水表面簡介12-15
• 1.2.2 超疏水表面制備技術(shù)及研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 銅基超疏水表面的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 超疏水材料的應(yīng)用18-19
• 1.4 銅基超疏水材料在使用中存在的問題19-20
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容和意義20-21
• 2 氫氧化鈉/過硫酸銨/硝酸銀氧化-十二烷基硫醇修飾法構(gòu)建銅基超疏水表面21-39
• 2.1 引言21
• 2.2 實驗部分21-25
• 2.2.1 實驗材料與試劑21
• 2.2.2 實驗儀器21-22
• 2.2.3 超疏水銅基材料制備方法22-23
• 2.2.4 試樣表征23-25
• 2.3 結(jié)果與討論25-38
• 2.3.1 NaOH濃度對銅基材料表面潤濕性的影響25-26
• 2.3.2 DM濃度對銅基材料表面潤濕性的影響26-28
• 2.3.3 DM的浸泡時間對銅基材料表面潤濕性的影響28-29
• 2.3.4 壓強對銅基材料表面潤濕性的影響29-31
• 2.3.5 不同壓強下壓制的銅基材料的抗壓強度與表觀密度研究31-32
• 2.3.6 處理方法對銅粉相結(jié)構(gòu)及化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響32-36
• 2.3.7 銅基材料的表面形貌及潤濕性36-37
• 2.3.8 銅基材料表面超疏水機理37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 3 硝酸銀氧化-十二烷基硫醇浸泡構(gòu)建超疏水表面39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 實驗部分39-41
• 3.2.1 主要實驗材料和儀器39-40
• 3.2.2 試樣制備方法40
• 3.2.3 試樣表征方法40-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-54
• 3.3.1 硝酸銀濃度對銅基材料表面潤濕性的影響41-43
• 3.3.2 DM濃度對銅基表面潤濕性的影響43-44
• 3.3.3 DM浸泡時間對銅基表面潤濕性的影響44-46
• 3.3.4 壓強對銅基表面潤濕性的影響46-47
• 3.3.5 不同壓強下壓制的銅基材料的抗壓強度與表觀密度研究47-49
• 3.3.6 處理方法對銅粉相結(jié)構(gòu)的影響49-50
• 3.3.7 處理方法對銅粉化學(xué)結(jié)構(gòu)影響50-52
• 3.3.8 銅塊的表面形態(tài)和潤濕性52-53
• 3.3.9 銅基材料表面的超疏水機理探究53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 4 銅基材料表面超疏水性能的長效性和穩(wěn)定性研究55-61
• 4.1 引言55
• 4.2 實驗部分55
• 4.2.1 主要實驗材料55
• 4.2.2 銅基材料表面超疏水性能的長效性和穩(wěn)定性測試方法55
• 4.3 結(jié)果與討論55-60
• 4.3.1 銅基材料表面超疏水性能的放置穩(wěn)定性55-56
• 4.3.2 銅基材料表面超疏水性能的浸泡穩(wěn)定性56-58
• 4.3.3 銅基材料表面超疏水性能對酸堿溶液的穩(wěn)定性58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 5 銅基超疏水表面的自清潔與可再生性能研究61-68
• 5.1 引言61
• 5.2 實驗部分61
• 5.2.1 自清潔性能測試方法61
• 5.2.2 可再生性能測試方法61
• 5.3 結(jié)果與討論61-66
• 5.3.1 超疏水銅基材料的自清潔性能測試61-63
• 5.3.2 超疏水表面的自清潔性能機理探討研究63-64
• 5.3.3 銅基材料表面超疏水性能的再生性能測試64-66
• 5.3.4 超疏水表面的可再生性能機理探討研究66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 6 結(jié)論與展望68-70
• 6.1 結(jié)論68-69
• 6.2 展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果75

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