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.     

430不锈钢表面氟代硅烷自组装膜的缓蚀性能

为了提高430不锈钢耐氯离子腐蚀性能,以浸泡法在其表面制备了氟代硅烷自组装膜。采用动电位扫描、接触角测试、$EM研究了430不锈钢表面自组装膜固化前后的吸附行为和缓蚀作用。结果表明：吸附氟代硅烷分子后不锈钢表面由亲水性转为疏水性,自组装时间为2h的不锈钢耐蚀性能较好,固化处理能够进一步增强自组装膜的缓蚀性能。     

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.     

聚乙烯吡略烷酮自组装膜对铜的缓蚀作用

自组装膜对金属防腐蚀有极好的效用。为了进一步弄清聚乙烯吡咯烷酮对铜的缓蚀性能,用自组装技术在铜电极表面制备了聚乙烯吡咯烷酮自组装膜,利用电化学方法研究了自组装膜对铜在NaCl溶液中的缓蚀作用。结果表明,在0.5mol/LNaCl溶液中,随组装时间的增加,铜电极的电荷传递电阻增大,腐蚀电流密度下降,组装24h后对铜的缓蚀效率为99.9%,缓蚀性能优异。     

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.     

2-氨基苯并咪唑缩对甲基苯甲醛席夫碱的合成及缓蚀性能

采用静态失重、极化曲线、交流阻抗(EIS)方法测试席夫碱自组装膜在3.5％(质量分数)NaCl溶液中对铜的缓蚀作用,考察了浓度和时间两个因素.结果表明,当浓度为15 mmol/L,组装时间为14 h时,合成的缓蚀剂缓蚀性能较好,缓蚀率可达99.89％.表面形貌分析结果表明,席夫碱化合物在铜表面形成簇状物质.拉曼光谱分析结果表明,席夫碱通过咪唑环和C=N键垂直吸附于金属表面.光学接触角测量结果表明,缓蚀剂表面不易被浸润,疏水性较好.     

植酸对咸水介质中316L不锈钢耐蚀性的影响

滨海区地源热泵中材料耐腐蚀性研究是有效开展利用新能源的基础,具有重要意义。采用动电位极化扫描和电化学阻抗谱方法研究了不同植酸组装浓度和组装时间对316L不锈钢在地下咸水介质中耐蚀性的影响,并探讨了植酸与钼酸钠复配形成的自组装膜对316L不锈钢在地下咸水介质中耐蚀性的影响。结果表明:在Cl-质量浓度为10g/L的NaCl溶液中,随着植酸浓度的增加,316L不锈钢自腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,自组装膜对316L不锈钢的防护作用先增强后降低;随着自组装时间的延长,植酸自组装膜对316L不锈钢的缓蚀率先上升后下降。在自组装时间为6h、植酸浓度为10mmol/L时形成的自组装膜防护效果最好,缓蚀率达到84.17%。向植酸自组装液中添加钼酸钠后,形成的聚合钼酸根通过络合作用和静电作用使316L不锈钢的耐蚀性降低,说明植酸的复配对提高咸水介质中316L不锈钢的耐蚀性是有选择的。这为咸水地区地源热泵系统中316L不锈钢换热器的防护提供了理论指导。     

2-苯并噻唑基-4-甲氧基苯腙自组装膜对45#钢的缓蚀性能研究

合成了2-苯并噻唑基-4-甲氧基苯腙,采用元素分析、红外光谱和液质联用等对其结构进行了表征.运用自组装技术在钢片表面形成了2-苯并噻唑基-4-甲氧基苯腙自组装膜,采用金相显微镜观察了自组装膜的表面形貌,并采用静态失重试验和电化学分析手段研究了2-苯并噻唑基-4-甲氧基苯腙自组装膜在1mol/L HCl中对45#钢的缓蚀作用.结果表明,随着自组装溶液浓度的增加和自组装时间的延长,2-苯并噻唑基-4-甲氧基苯腙自组装膜的缓蚀效率逐渐增大.当自组装溶液浓度为0.1mol/L、时间为18h时,缓蚀效果达到最佳.     

L-赖氨酸自组装膜对铜的缓蚀性能研究

用电化学测量法研究不同组装时间和不同组装浓度时L-赖氨酸自组装单分子膜在0.5mol·L-1 HCl溶液中对铜的缓蚀作用,进行了吸附等温线拟合,并通过分子模拟探讨L-赖氨酸在铜表面的吸附模型。结果表明,L-赖氨酸自组装膜的最佳组装条件是在10mmol·L-1组装液中组装8h,缓蚀率达87%。等温吸附线拟合表明L-赖氨酸在Cu表面的吸附遵循Langmuir等温吸附方程。分子模拟表明,L-赖氨酸分子通过末端-NH2上的N原子与Cu原子结合,并且以近似垂直的方式吸附在Cu(111)表面。     

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.     

医用钛表面生物分子自组装薄膜的制备

采用分子自组装(SAM)方法在医用钛表面制备了硫酸软骨素薄膜.通过激光共聚焦显微镜,傅立叶红外光谱,X射线光电子能谱以及接触角测定仪等分析测试手段,比较研究了表面预处理方法的活化作用以及成膜反应时间对自组装薄膜的影响规律.实验结果表明,用等体积比的浓硫酸和双氧水混合溶液在75C对钛表面处理1h后的钛片能获得最高的表面自由能,而自组装膜的反应在12h内即可完成.     

3种吡啶甲酰腙席夫碱自组装分子膜对铜的缓蚀作用

用3种自制油溶性吡啶甲酰腙席夫碱在铜表面制备自组装单分子膜(SAMS),研究了该膜在3.5%NaCl中对铜的缓蚀作用。通过极化曲线法和交流阻抗法的研究,发现在3.5%NaCl溶液中,3种吡啶甲酰腙席夫碱对铜均有良好的缓蚀效果,其中L2B的缓蚀效果最好,L4B次之,后为L3B,常温下,缓蚀率分别为91.75%,90.68%和88.27%。同时缓蚀效果受温度影响不大。交流阻抗法测试结果表明,3种酰腙化合物在自组装膜和缓蚀过程中未发生分解,同时分析表明它们都是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂。最后通过密度泛函理论对其缓蚀机理进行了初步探讨。     

钢铁表面自组装缓蚀膜

分子自组装技术在表面工程、纳米技术、膜技术和生命科学领域已有很广泛的应用,对未来材料发展起到很重要的作用,已成为近年来科研工作者关注的重点之一。钢铁作为广泛应用的工程材料,因其容易被腐蚀的特点,缓蚀膜的研究关系重大。钢铁表面自组装分子膜不仅具有分子取向性好、排列紧密有序、热力学稳定、用量少、成本低等优点,而且缓蚀效果十分优良。因此,钢铁表面自组装缓蚀膜技术目前引起了众多学者的关注。本文综述了钢铁表面自组装缓蚀膜的主要体系、影响因素及其表征技术三个方面的最新研究进展,并对自组装膜的发展方向进行了展望。     

聚电解质/陶瓷复合膜的制备及超滤性能

采用阳离子聚电解质聚丙烯氯化铵(PAH)、聚乙烯亚胺(PEI),阴离子聚电解质聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、聚乙烯磺酸钾(PVS),通过静电自组装技术在多孔陶瓷支撑体上制备了聚电解质分离层,并对不同条件下所制备的复合膜超滤性能进行研究.膜表面的SEM表征显示,自组装过程在支撑体表面及孔道内同时发生,并且随组装层数的增加,聚电解质层在支撑体表面的沉积状态逐渐改善.对复合膜在葡聚糖溶液中的超滤研究表明,随着组装层数,组装时间和电荷密度的增加,膜的截留率随之增加;制膜溶液的pH在两种带相反电荷聚电解质材料电离平衡常数(pKα)之间选择时,膜的截留率有最佳值.     

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。     

节节草提取液自组装膜在盐酸中对Q235钢的缓蚀作用

节节草提取液对碳钢在盐酸中的腐蚀具有较好的抑制作用,但研究不够深入。以节节草植物提取液(简称为ERE)为成膜材料,采用浸泡方式在Q235钢表面制备了自组装膜。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)对膜层进行了表征,证实了ERE主要通过含氧极性基团在Q235钢表面吸附成膜。利用极化曲线和交流阻抗谱考察了ERE膜在盐酸中对Q235钢的缓蚀性能,结果表明:ERE膜是通过同时抑制Q235钢阴、阳极腐蚀反应达到缓蚀目的;同时发现ERE膜对Q235钢的保护性能主要取决于自组装的工艺条件,包括提取液浓度、浸泡时间和组装温度;在优化试验条件(ERE浓度1 000.0 mg/L,组装温度50℃,时间90 min)下获得的ERE膜对Q235钢具有较好的保护效果,此结果被扫描电镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(CLSM)分析验证。采用Langmuir、Temkin和Dhar-Flory-Huggins模型拟合提取液中的有机分子在碳钢表面的吸附行为,结果表明ERE膜中的有机分子之间存在相互作用力,且组装过程中平均每个有机分子的吸附导致3个以上水分子的脱附。     

国内外自组装膜的研究进展

介绍了国内外自组装膜的一些理论研究及成果,阐述了自组装分子、基底、环境因素(湿度和温度)和滑动速度等因素对自组装膜的摩擦学性能的影响,总结了自组装膜的发展状况,并提出了今后的研究重点。     

不锈钢防腐蚀研究的进展

不锈钢在工业生产和日常生活中应用广泛,国内外对不锈钢腐蚀的研究已大量展开,并取得了一定的成绩。列出了不锈钢的常见腐蚀类型,从优化钢材组成、表面钝化处理、腐蚀介质中添加缓蚀剂、钢材表面涂层技术及自组装缓蚀功能膜技术5个方面进行了综述。指出有机分子自组装膜技术具有广阔的发展前景,今后应深入广泛地研究。     

铜表面态对三唑类点击组装膜在电厂循环冷却水中对铜的保护性能的影响

为了研究不同铜表面态对三唑类点击组装膜在电厂循环冷却水中对铜的保护性能的影响，以对甲苯基磺酰叠氮(MA)、丙炔酸(PR)作为组装单元，采用原位点击组装法在不同铜表面态上形成三唑缓蚀膜(Cu_MA-PR、Cu₂O_MA-PR、CuO_MA-PR)。采用电化学方法、腐蚀挂片法、SEM表征及抗菌性能分析评估了三唑缓蚀膜对铜基体的缓蚀性能，同时，考察了Cu₂O_MA-PR在电厂循环冷却水体系中对铜基体的保护效果。结果表明：Cu₂O表面态最有利于三唑缓蚀膜的形成(Cu₂O_MA-PR),Cu₂O_MA-PR在21 d内对铜基体具有良好的缓蚀作用和抗菌效果，其在21 d内对铜的平均缓蚀率为85.4%,同时可有效抑制各类微生物菌群的繁殖。     

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%.