430不锈钢表面GPTMS硅烷自组装膜的缓蚀性能

为了研究溶剂中水对430不锈钢表面γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)自组装膜缓蚀性能的影响,以无水乙醇及其与水的混合液(体积比4∶1)作溶剂,分别配制体积分数为1%的GPTMS溶液,并采用浸泡法在430不锈钢表面制备了GPTMS自组装膜。通过电化学测试,接触角测试及腐蚀形貌分析,研究了采用两种溶剂时GPTMS自组装膜对430不锈钢的缓蚀作用,探讨了两者对膜自组装行为及缓蚀性能的影响机理。结果表明:无水溶剂条件下得到的自组装膜更致密,其对430不锈钢在含氯离子溶液中的抗腐蚀性能更优异。     

430不锈钢表面GPTMS硅烷膜的自组装及其缓蚀性能

目前,对不锈钢表面硅烷自组装成膜技术及其腐蚀行为的研究较少.对430不锈钢作2种不同前处理后,将其放入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)自组装液中自组装成膜.采用傅里叶变换红外光谱、极化曲线和扫描电镜研究了2种前处理工艺对自组装GPTMS膜耐蚀性的影响;采用极化曲线研究了自组装时间对自组装GPTMS膜耐蚀性的影响.结果表明:不锈钢经氧化后再用硅酸钠和乙酸处理后,获得的自组装GPTMS膜更致密、具有更优异的抗腐蚀性能;组装时间为12 h时,自组装GPTMS膜抗腐蚀性能最好,此时其缓蚀效率可达82.3％,自腐蚀电位较基体正移了83 mV,自腐蚀电流密度下降了1个数量级.     

氧化430不锈钢膦酸自组装液的溶剂含水量对自组装膜耐点蚀性能的影响

为了弄清膦酸自组装液的溶剂含水量对自组装膜性能的影响,分别以无水乙醇及其与不同含量去离子水的混合液为溶剂配制了十四烷基膦酸自组装液,通过浸泡法在氧化430不锈钢表面制备自组装膜.利用接触角测试、极化曲线、电化学交流阻抗及扫描电镜(SEM)研究了不同溶剂条件下十四烷基膦酸自组装膜的耐点蚀性能.结果表明:随自组装时间延长,膦酸自组装膜覆盖度增大,接触角增加,自组装6h时得到的自组装膜最致密,接触角最大;溶剂中水有利于形成更致密的自组装膜,随着溶剂含水量增加,膜的耐点蚀能力增强.     

硅烷-铈盐复合膜的制备及其耐蚀性能

将自组装膜和稀土转化膜结合可以强化各自的优点,制成的复合膜的耐蚀性能得到极大提高,目前此类研究还不系统。在铜片表面先自组装硅烷膜,再铈盐转化成膜,以复合膜耐蚀性为评价指标,对自组装时间、铈盐转化时间进行优化,对优化条件制成的复合膜的耐蚀性进行研究,与单一的硅烷自组装膜、铈盐转化膜进行比较,并对硅烷-铈盐复合膜的成膜、耐蚀机理进行了探讨。结果表明:硅烷自组装膜与铈盐转化膜的最佳成膜时间分别为10.0 min和1.0 min,硅烷-铈盐复合膜对铜的防腐蚀性能比2种单一膜的有明显提高。     

304不锈钢表面十七氟癸基三甲氧基硅烷的缓蚀性能研究

采用电化学方法对十七氟癸基三甲氧基硅烷在304不锈钢表面的缓蚀性能进行了研究,结果发现,十七氟癸基三甲氧基硅烷对304SS有明显的缓蚀作用,增大了304不锈钢表面的电荷转移电阻,降低了自腐蚀电流密度并且提高了点蚀电位,缓蚀效率高达96%。     

铜表面修饰硅烷膜在碱性溶液中的耐蚀性能研究

为了提高铜的耐蚀性,用自组装技术在铜表面上制备了3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)自组装膜. 利用红外光谱和扫描电子显微镜研究了该膜的结构,运用极化曲线和交流阻抗图谱等电化学方法考察了 MPTS膜在0.5 mol/L NaOH溶液中对铜电极的缓蚀性能.结果表明,MPTS在铜表面可能以化学吸附方式强烈吸附到铜表面, 同时在表面以Si-O-Si键自我交联形成了线性低聚物, MPTS浓度越高, 其膜更致密.与裸铜电极相比,经MPTS修饰后的铜的腐蚀电位正移200 mV, 腐蚀电流降低一个数量级,其缓蚀效率为86.5%.     

AZ91D压铸镁合金表面硅烷膜固化工艺的优化

为了进一步改善AZ91D压铸镁合金表面硅烷膜的耐蚀性能,将其在γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)溶液中进行浸渍.采用正交试验并结合单因素试验优选了硅烷成膜的主要固化工艺参数,包括固化温度与固化时间;通过中性盐雾试验(NSS)考察了优化工艺条件下所得硅烷膜的耐蚀性能,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了硅烷膜的表面微观形貌和成分.结果表明:固化温度对AZ91D压铸镁合金表面KH-550硅烷膜耐蚀性的影响更加显著,最佳固化工艺参数为固化温度120℃,固化时间60 min;以最佳固化工艺制备的KH-550硅烷膜中C,N,Si,O等元素的含量明显增加,膜层较厚且呈现均匀、致密的网状,对镁合金基体的防护能力大幅优于自然干燥条件下获得的硅烷膜.     

铜表面硅烷-稀土掺杂膜的制备及缓蚀性能

运用分子自组装技术在铜片表面组装γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)与稀土的掺杂膜。用原子力显微镜(AFM)观察了铜表面成膜过程,用金相显微镜观察铜片在0.5mol/L盐酸溶液中腐蚀72h后的表面形貌,运用电化学测量法对其防腐蚀性能进行评价。结果表明,硅烷-稀土掺杂膜对铜的缓蚀效率较单一的硅烷膜有明显提高,稀土浓度及组装时间对掺杂膜抗腐蚀性能有一定影响。经过极化曲线和交流阻抗的测定,确定硅烷-稀土掺杂膜的最佳组装条件为:LaCl3质量浓度为10g/L,组装30min,缓蚀率达93%。     

谷氨酸及其衍生物自组装316不锈钢的缓蚀性能

为了提高316不锈钢在酸性介质中的耐蚀性能,以浸泡法在其表面制备了谷氨酸及衍生物的自组装膜.通过电化学阻抗谱、极化曲线、量子化学和分子动力学技术,研究了L-谷氨酸、N-苄氧羰基-L-谷氨酸、蝶酰谷氨酸对316不锈钢不同自组装时间后在0.5 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能.结果表明:3种谷氨酸及其衍生物均为阳极型缓蚀剂,对316不锈钢具有较好的缓蚀作用;随着组装时间的延长,自组装膜的缓蚀效率相应增强,其原因是谷氨酸的EHOMO越高,△E越低,自组装分子成键的能力越强,分子中的N原子、O原子与Fe原子形成化学键,发生了化学吸附;3种谷氨酸及其衍生物的缓蚀能力大小顺序为蝶酰谷氨酸＞N-苄氧羰基-L-谷氨酸＞L-谷氨酸.     

分子自组装技术基底材料的研究进展

综述了用于分子自组装技术的基底材料的种类及自组装分子膜的制备过程,结合多种表征方法的测试结果介绍了各类自组装分子膜的吸附特性、组装机理、功能特点、应用领域及影响薄膜性能的各种因素,还介绍了在自组装单分子膜表面制备其它无机功能薄膜的研究结果。     

含氟硅乳液膜的梯度功能分布和疏水性能

采用核壳乳液聚合的方法制备出具有疏水性能的氟硅丙乳液.探讨了膜疏水性能的影响因素,通过水接触角和多功能光电子能谱仪表征了有机氟在孔液成膜中的梯度分布功能,发现由于甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷单体在涂膜固化过程中的马兰各尼效应以及与有机氟的相容性,对有机氟单体向表面迁移有促进作用,使膜疏水性能有较大提高.通过扫描电子显微镜观察到氟硅丙乳液膜表面呈现明显的由"蒲公英"状粒子排列交叉而成的枝状网络结构,与硅丙乳液膜有明显区别.     

硅烷自组装膜对制备于多孔性基底上导电聚吡咯薄膜性能的影响

采用硅烷偶联剂对在多孔性绝缘Al2O3膜基底上形成的导电聚吡咯(polypyrrole, PPy)薄膜的形貌及导电性能进行了改善,并探讨了硅烷自组装膜与导电PPy薄膜的形成机理.用硅烷偶联剂对Al2O3膜表面进行改性后,形成了与基底牢固结合的硅烷自组装膜,然后通过化学聚合法在自组装膜上制备得到了均匀致密的PPy薄膜.结果表明:硅烷偶联剂有效地改善了PPy薄膜的均匀性及其与基底的附着性,电导率从5.4S/cm提高到了16.6S/cm.     

基于自组装法聚合吡咯的制备及对蛋白质的吸附

制备了一种新型应用于生物芯片的导电聚合物敏感膜,研究了蛋白质在导电聚合物敏感膜表面上的吸附机理。首先合成巯基修饰的吡咯单体,然后通过自组装在金膜表面制备N-巯基吡咯自组装膜,并通过化学法制备聚合吡咯膜,详细考察了牛血清白蛋白(BSA)在敏感膜上的吸附行为。用傅立叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)考察了自组装膜及聚合吡咯膜的化学结构。用表面等离子谐振仪考察了BSA在自组装膜和聚合吡咯膜上的吸附行为,以及聚合时间、缓冲液pH值对BSA吸附的影响。     

硅表面自组装膜的构建及其摩擦学性能研究进展

总结了目前在单晶硅表面构建的几类典型的分子自组装膜,并着重介绍了近十几年里各类自组装膜在摩擦学性能研究方面所取得的进展.单层膜能够有效降低硅基底的摩擦系数,但是其承载能力和抗磨损性能较差,其中较为典型的是OTS(十八烷基三氯硅烷)自组装膜;有机双层膜和多层膜的出现,一定程度上改善了单层膜的承载能力和耐磨性,但膜的有序性和稳定性还有待于进一步的提高;近年来,有机/无机复合膜的研究为改善硅表面的摩擦学性能提供了一条新的途径,有望成为今后该领域研究的一个重要方向.     

OTS自组装分子膜的制备及其摩擦学测试

采用分子自组装技术在银片表面成功制备了十八烷基三氯硅烷单层膜(OTS-SAMs).运用接触角测试仪、极化曲线、循环伏安、SEM和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对OTS-SAMs薄膜的结构、形貌和性能进行了表征,并分析了载荷和滑动速度对薄膜摩擦学特性的影响.结果表明:紫外光照使基板由疏水变为亲水.极化曲线和循环伏安图显示在组装初期180s内,十八烷基三氯硅烷水解产物主要是与基体表面的羟基发生聚合反应,表现为“岛式”结构增长,随着组装时间的增加,有机硅烷分子之间发生聚合,当组装30min后,成膜过程趋于稳定,可以在基体表面形成平整、牢固和致密的自组装薄膜,这一结果同样由SEM得到验证.随着自组装膜的完善,其摩擦力降低,达到润滑的效果.另外,通过实验结果初步分析了OTS-SAMs的形成机理.     

铁、不锈钢表面自组装膜的表征及其电化学研究

自组装膜(SAMs)是分子在溶液(或气态)中自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上而形成的有序分子膜.由于其堆积紧密、结构稳定,因而具有抑止腐蚀的作用.铁在空气中易氧化,表面均有一层氧化铁,且很难处理,因此关于铁和不锈钢金属表面自组装膜的报道较少.在铁金属表面上组装膜主要集中在烷基硫醇体系,由于烷基硫醇的毒性以及自组装膜的不稳定性,如何寻找新型缓蚀剂在铁表面组装受到广泛的关注.通过研究发现咪唑啉衍生物和巯基三氮唑是一种低毒、高效的金属缓蚀剂,对抑制铁在酸性溶液中的腐蚀尤其有效.采用各种表面分析测试手段与理论化学方法,如分子模拟,研究缓蚀剂在金属表面形成自组装膜的作用机理,也是今后发展的一个方向.本文中合成了两种咪唑啉衍生物(IM)及巯基三氮唑缓蚀剂并表征,并测定其在电极表面组装后铁的电化学腐蚀行为及缓蚀效率.同时采用表面分析的方法如扫描电化学显微镜(SECM)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)对金属表面进行了分析,并用分子模拟的方法对可能的吸附形态进行了理论分析,以分子力学为基本方法,主要研究了铁表面自组装体系,探讨了分子层次的吸附构象以及吸附的稳定性,探讨了其缓蚀机理.(1)咪唑啉在铁表面的自组装膜的研究咪唑啉类缓蚀剂是对环境友好的性能优良的缓蚀剂.因其结构的特殊性,含五元杂环、长的烷基链及功能基团的胺基,其中咪唑啉环上的氮易与铁配位,且p-π共轭体系的咪唑啉以及环上引入供电子基团,能增强氮与铁的化学吸附作用.本文用硬脂酸或松香酸与二乙烯三胺减压下加热脱水制得咪唑啉(IM)咪唑啉衍生物.对两种(IM)在铁表面的组装性能进行比较,用电化学的方法对(IM)在铁表面上的自组装进行研究,主要运用电化学阻抗谱和极化曲线的方法测定缓蚀效率.用表面分析的方法如XPS、SEM等对自组装前后表面的组成腐蚀形貌进到了相应的比较,得出IM在铁表面形成了稳定、均匀的SAMs.电化学阻抗测谱测试结果表明,咪唑啉化合物在酸性溶液中对铁具有良好的缓蚀能力.阻抗谱图均表现为较好的单一容抗弧,用等效电路拟合计算的缓蚀效率与极化曲线法测试所得结果基本一致.其实验结论为:电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明咪唑啉缓蚀剂自组装膜对铁有较高的缓蚀作用;XPS的结果表明,咪唑啉分子吸附在金属铁的表面形成SAMs.分子模拟的方法预测了IM在铁表面的吸附形态,表明N原子吸附在铁的表面.分子模拟的方法可预测SAMs的吸附构型.SECM给出了SAMs在基底表面的高分辨率的形貌图,根据靠探针感应到的电流大小可定量的表征自组装膜.采用的恒高度模式,针尖Z方向的位置不受反馈控制,X和Y轴的扫描范围是1mm.其工作模式是基底产生/探头收集,以研究发生在探头针尖与基底间隙的化学动力学过程并对表面浓度进行检测.组装IM后对铁基底的溶解有抑制作用,阻碍了电荷转移过程;从线扫描的曲线及面扫描的三维图中可看出组装之后的铁电极比空白的铁电极表面的探头电流更趋向于平和,没有空白铁电极那么大的电流起伏.在铁电极表面形成的SAMs膜对电极在溶液中发生的氧化还原反应起阻碍作用.松香基咪唑啉形成的SAMs膜与硬脂酸咪唑啉形成的SAMs相比,SECM检测的探头法拉第电流更小,表明松香基咪唑啉的SAMs膜对铁有更好的保护作用,抑制了电荷的转移.SECM的结果与电化学交流阻抗谱和极化曲线的实验结果相一致.(2)巯基三氮唑在铁上自组装膜的表征有目的地设计合成了三氮唑类化合物并对其缓蚀性能进行了较系统的研究.巯基三氮唑及其衍生物由于分子中含有多个杂原子(N,S),能提供孤对电子,进入铁原子空的轨道,产生多个吸附中心,通过配位键化学吸附到金属的表面上而形成SAMs.通过对长烷基巯基三氮唑(AAMT)在铁上的SAMs的研究表明AAMT是一种混合型缓蚀剂,且随着组装时间(15min～4h)的延长,缓蚀效率增加.电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明,三氮唑缓蚀剂自组装膜对铁有较高的缓蚀效率,且二者的实验结果相一致;XPS的结果表明,三氮唑分子吸附在铁的表面形成SAMs;从SEM的分析得出,在金属铁的表面形成了一层自组装吸附膜,且SAMs膜对铁在硫酸中的腐蚀起到了保护作用,组装前后铁的腐蚀形貌发生了明显的变化.分子模拟的结果表明,咪唑啉分子中的N原子、S原子与铁成键,且五元杂环平铺在金属铁的表面,而长的烷基支链却发生倾斜,疏水基长烷基的存在增加了吸附膜的厚度,从而达到了缓蚀目的.(3)用SEM和SECM对IM在不锈钢表面自组装的初步探讨不锈钢由于其结构的特殊性,含的成分太多,组装比较困难.本文用SEM表征了咪唑啉在不锈钢表面组装后腐蚀形貌的变化,并用SECM法表征了组装前后法拉第探头电流大小的变化.SAMs在电极表面生成了一层"屏障",将电极与溶液中具有氧化还原活性的分子部分屏蔽起来,使得溶液中的氧化还原产物之间的转化不再与裸电极表面一样容易发生.表面形成SAMs,而且该膜改变了原来电极表面的物理与化学特性,对基底有一定的保护作用.     

热镀锌钢表面硅烷膜的制备、表征及成膜机理

硅烷合成简单,性能结构独特,硅醇与锌表面结合及自身交联可在锌层表面形成一层致密的保护膜,从而大幅度提高镀锌材料的耐蚀性.当前,对硅烷在热镀锌钢表面的成膜机理尚无定论,采用反射吸收红外光谱(RA-IR)和X射线光电子能谱(XPS)研究了硅烷膜的成分、结构及膜层与镀锌层之间结合状态.结果表明,硅烷膜主要由C,O,Si等元素组成,硅烷分子并非简单地以物理吸附的方式与热镀锌层结合在一起,而是与其表面的Zn-OH发生了化学作用,形成了Si-O-Zn键,使得硅烷界面层与热镀锌层紧密结合在一起,在热镀锌层上干燥固化后形成了致密的三维网络结构.     

CF/Epoxy复合材料的界面自组装

提出了一种新的炭纤维表面改性方法——分子自组装, 即在表面金属化的炭纤维上进行有机分子的自组装。表面增强拉曼散射光谱 (SERS)分析证实了含氮或含硫的芳杂环化合物化学吸附在银的表面, 并形成了平躺取向的自组装膜结构。X射线光电子能谱 (XPS)测试进一步证实了自组装膜通过S或N原子和Ag形成配位共价键吸附在炭纤维表面。表面经组装改性后的炭纤维和环氧复合后界面粘结强度得到了不同程度的提高, 揭示了界面区域微观结构与性能的关系。      

MB8镁合金疏水/超疏水表面制备与微摩擦特性研究

通过微弧氧化技术在MB8镁合金表面形成微细表面结构,再利用自组装方法在微弧氧化层表面制备1H,1H,2H,2H-全氟葵烷基三氯硅烷(FDTS)自组装分子膜。采用扫描电镜、表面粗糙度仪、X射线衍射仪、表面硬度仪、接触角测量仪和UMT-2型摩擦磨损试验机评价膜层形貌结构、力学特性、润湿性及其微摩擦学特性。结果显示,镁合金表面经微弧氧化处理和自组装分子膜修饰后,表面润湿性经历了由亲水到超亲水再到超疏水的转变过程。超疏水表面的获得是由微弧氧化处理得到的表面粗糙结构和低表面能物质自组装分子膜共同作用的结果。对试样进行摩擦磨损测试的结果显示,致密层和疏松层以及经自组装分子膜修饰后的膜层均具有比镁合金基底更好的抗磨性能;基于自组装技术制备的疏水、超疏水表面形成的边界润滑膜在一定载荷条件下均能有效地减少基底的摩擦系数,边界润滑膜失效后,基底表面特性占主导地位。     

黄铜表面硅烷膜制备工艺的正交试验优选及膜层的耐蚀性能

为提高黄铜制品的耐蚀性能,在黄铜表面制备硅烷膜,运用正交试验法优选了形成γ-巯丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)膜的工艺条件,通过对比各水解条件下成膜试样在3.5%NaCl溶液中的塔菲曲线获得了最佳浸涂工艺条件,运用阳极极化曲线、交流阻抗法和扫描电镜表征了制备的硅烷膜对黄铜基底的防护性能。结果表明:成膜最佳工艺条件为γ-MPS∶去离子水∶乙醇(体积比)=4.0∶46.5∶2.5,水解溶液p H=6.0、水解时间4.5 h、水解温度40℃、浸涂时间80 min、浸涂温度40℃、固化时间30 min、固化温度80℃;该条件下制备的黄铜表面硅烷膜在3.5%NaCl溶液中具有良好的耐蚀性能。