不锈钢基特殊润湿性材料的制备及其性能研究

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1、硕士学位论文不锈钢基特殊润湿性材料的制备及其性能研究作者姓名文妮学科专业材料物理与化学指导教师邓文礼教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月FabricationandPropertiesofSpecialWettabilityMaterialsBasedonStainlessSteelADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：NiWenSupervisor：Prof.WenliDengSouthChinaUniversityofTechnologyGuan

2、gzhou,China摘要润湿性是固体表面的重要性质之一，主要由固体表面的微观几何结构和化学组成共同决定。不锈钢是一种常见的金属材料，在日常生活和工业应用中使用非常广泛。本学位论文以不锈钢为基底，致力于发展工艺简单、成本低廉、性能优越的不锈钢基特殊润湿性材料的制备方法，并深入研究了其相关性能，为新型不锈钢基特殊润湿性材料的制备及应用提供了创新思路和实验指导。主要的研究内容如下：（1）采用简单的循环刻蚀法在304不锈钢表面构造出了微/纳复合结构。考察了不同循环刻蚀次数对样品形貌和粗糙度的影响，经全氟癸基三乙氧基硅烷（1H,1H,2H,2

3、H-Perfluorodecyltriethoxysilane，PDES）改性后，对样品的润湿性进行表征，发现第三次循环刻蚀得到的不锈钢表面能够超疏水/油。因为SS-E3-M表面没有经过最后一步的超声清洗来除去表面上不稳定的纳米花，所以我们选择SS-E3-C-M表面作为我们的目标样品。动电位极化曲线和电化学阻抗图谱都显示出超双疏SS-E3-C-M表面具有优异的抗腐蚀性能。（2）采用一步化学刻蚀法，通过改变刻蚀时间，在316L不锈钢网表面构造出了均匀分布的微/纳米级凹坑。经硬脂酸修饰之后，得到了超疏水/超亲油的不锈钢网表面，对水的接触角

4、为162°，滚动角为0°，对油的接触角为0°。将原不锈钢网和所制备的超疏水/超亲油不锈钢网的表面形貌、成分及润湿性进行表征，说明了化学刻蚀和硬脂酸改性对制备超疏水/超亲油不锈钢网的重要作用。我们也考察了超疏水/超亲油不锈钢网在抗腐蚀性以及油水分离方面的应用。实验结果表明，所得到的超疏水/超亲油不锈钢网具有良好的耐腐蚀性，对油水分离具有广泛的适用性及优良的循环稳定性。（3）采用一步气相沉积聚二甲基硅氧烷的方法，通过改变气相沉积的温度，制备出了两种不同润湿性的不锈钢网表面。选用在空气中超疏水/超亲油的M-350和在空气中超亲水的M-500

5、为研究对象，通过对M-350和M-500表面形貌、成分及润湿性进行表征，说明了不同气相沉积温度对表面形貌和成分的影响，同时也说明了表面形貌和成分对制备不同润湿性不锈钢网的重要作用。接触角测试表明M-350具有油下超疏水性，M-500具有水下超疏油性。油水分离实验表明，我们可以根据水和油密度的大小，选择性地使用油下超疏水的M-350和水下超疏油的M-500分离油水混合物。这两种网对油水分离具有广泛的适用性及优良的循环稳定性，还能在极端的环境条件下发挥作I用。关键词：不锈钢；特殊润湿性；抗腐蚀；油水分离IIAbstractWettabil

6、ityisoneoftheimportantpropertiesofasolidsurface,whichismainlydeterminedbythemicroscopicgeometryandchemicalcompositionofthesolidsurface.Stainlesssteelisacommonmetalmaterialthatiswidelyusedineverydaylifeandindustrialapplications.Thisdissertationisbasedonstainlesssteelandi

7、sdevotedtothedevelopmentofthepreparationmethodofspecialwettabilitymaterialswithsimpleprocess,lowcostandexcellentperformance,andfurtherstudiesonitsrelatedperformance.Itprovidesinnovativeideasandexperimentalguidanceforthepreparationandapplicationofadvancedspecialwettabili

8、tymaterialsbasedonstainlesssteel.Themainworksareshownasfollows:(1)Afacilecycle-etchingapproachisusedtofabricat