铜基和铝基超疏水表面的制备及摩擦学性能研究.pdf

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1、FABRICATIONOFSUPERHYDROPHOBICCOATINGONCOPPERANDALUMINUMSUBSTRATESANDINVESTIGATIONOFTHETIUBOLOGICALPROPERTIESADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByLiPeipeiSupervisor：Prof．Zh

2、angPingyuDate．June，2014关于学位论文独创声明和学术诚信承诺本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论丈中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负．学位申请人(学

3、位论文作者)签名：鸯佩佩201中年兰月f≯日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文(纸质文本和电子文本)以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文(纸质文本和电子文本)。(涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书)学位获得者(学位论文作

4、者)鐾名：金鱼塑学位论文指导教师签摘要固体表面的浸润性决定着它们自身的应用与价值，近年来超疏水材料已经在生产生活领域展现出其巨大的潜在用途。而铜和铝材料是工业国防领域的主导材料，但它们仍然面临着磨损和腐蚀两大严重问题。基于这些问题，本文采用不同的表面制备技术，分别在铜和铝表面构建了三种具有不同表面几何形貌的仿生超疏水复合结构，进而考察了各个样品的摩擦学性能、耐酸碱腐蚀性能以及超疏水稳定性。主要研究内容和结果如下：1．通过两步溶液浸泡过程结合表面修饰硬脂酸技术成功在铜基底上制备了具有低摩擦系数和耐酸碱性能的超疏水Ag

5、．Cu20／STA表面。首先，将铜片浸入2mol·L。1NaOH溶液中反应生成均匀的Cu20四棱锥晶体结构，然后将其浸入0．33mmol·L—AgN03溶液中进行置换反应，可以在Cu20晶体结构之上沉积一层银纳米颗粒，最后利用硬脂酸乙醇溶液对所制得的层级粗糙结构进行低表面能修饰，赋予该表面以优异的超疏水性能。我们分别利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对该薄膜进行表面形貌和表面化学成分分析，同时以X射线衍射仪辅助检测表面晶相结构。此外，我们还澍量了该超疏水表面的润湿性能，并对其摩擦学性能和耐酸碱腐蚀性进行了初步的

6、评估。结果表明：这种由银纳米颗粒和Cu20晶体所构成的特殊微．纳层级结构经过疏水性硬脂酸的表面修饰后，表面对水的接触角达到了162．40，同时，该表面还表现出良好的减摩性能以及一定的耐酸碱腐蚀性能，能够对铜基底起到很好的保护作用，因此该方法所制备的超疏水表面可以潜在应用于铜的表面修饰技术及摩擦学领域中。2．利用氧化辅助酸刻蚀技术结合置换反应与硬脂酸修饰过程在铜基底上成功制备了具有双重粗糙结构的刻蚀Cu．Ag／STA超疏水表面。以(NH4)2S208溶液和HCl溶液的混合液作为刻蚀剂对铜片进行选择性刻蚀，然后通过与A

7、gN03溶液的置换反应过程在粗糙刻蚀铜表面生成均匀的银颗粒结构，从而可以在铜表面获得类荷叶的层级粗糙结构，最后在其表面修饰硬脂酸便可得到具有优异超疏水性能的复合表面。通过扫描电子显微镜，我们观察到该粗糙表面是由微米级凹凸结构和亚微米级颗粒所组成的双重粗糙结构。浸润性测试结果显示，所得复合表面对水的静态接触角高达160．50，滚动角小于50，表现出优异的超疏水性能。与此同时，该薄膜还具有良好的减摩性能与耐酸碱腐蚀性能，在许多工业领域中对于铜基底的防护具有潜在的应用的价值。3．通过简单的三步溶液浸泡法成功在铝基底上制各

8、了类荷时层级粗糙结构，该方法结合了盐酸刻蚀、热水浸泡和硬脂酸表面修饰过程。分别利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对所制得的样品进行了表征，同时我们还对其表面的浸润性能、摩擦学性能以及自清洁性能进行了评价。结果显示，所得的刻蚀．水煮AI／STA表面由相互连通的微米级凹凸结构和均匀分布的纳米级片状结构组成，而这种双重尺度的层级结构赋予了该表面优异并且稳定的超疏