不锈钢表面多巴胺复合膜的制备及抗蚀性能的研究

论文摘要

金属腐蚀现象十分常见,它遍及国民经济各个领域,凡使用到材料的地方都存在着不同程度的腐蚀。不锈钢是工农业生产和日常生活中使用最广泛的金属之一,然而它的“不锈”是相对的,在一定条件下也会生锈,尤其是在海水等强腐蚀性介质中,给生产、生活带来严重的损失。不锈钢的腐蚀与防护是腐蚀科学领域一个函待解决的重要课题。对不锈钢基体进行表面改性,制备理想的环境友好型膜层是一项非常有意义的工作。受自然界生物粘附现象的启发,本论文选择多巴胺作为研究对象,利用溶液浸泡法在不锈钢表面制备聚多巴胺膜,并探讨了制备温度对聚多巴胺膜的影响,通过扫描电镜（SEM）、能谱测试（EDS）、表面反射红外光谱（SR-FTIR）、紫外可见吸收光谱（UV-VIS）、电化学阻抗谱（EIS）等检测手段进行了系统的分析表征和性能测试。此外,借助Gaussian 98软件进行模拟计算以探讨反应机理。SEM分析表明了24℃和34℃下两种聚多巴胺膜的形貌相似,均为颗粒球状随机分布在基体表面。EDS和SR-FTIR图谱也证明了它们的存在性与相似性。UV-VIS分析结果推测不锈钢表面聚多巴胺膜颜色的不同是膜厚引起的。借助Gaussian 98软件,通过计算分析聚合反应过程中重要中间体结构模型的LUMO能级、HOMO-LUMO能级差等探讨了多巴胺的聚合反应机理,多巴胺分子易于发生分子内环化生成5,6-二羟基吲哚,进一步形成二聚体三聚体结构,一维线性生长比较困难,而二维生长更为容易。并对比计算红外光谱与实验红外光谱,论证所提出的机理。同时,分子轨道计算结果表明了反应电荷主要集中在酚氧原子位置,据此分析了可能的界面反应机理。此外,利用电化学阻抗谱技术考察了不锈钢聚多巴胺膜的抗蚀性能,结果表明在模拟海水即3.5%NaCl溶液中聚多巴胺膜具有强的界面吸附力、优良的抗腐蚀性能及良好的中长期稳定性,而且34℃下的聚多巴胺膜性能更优。为了更好的促进膜层对不锈钢基体的保护作用,在前期工作的基础上,我们首次设计制备了6-氨基己醇/聚多巴胺复合膜,即将6-氨基己醇通过自组装技术成功地嫁接到聚多巴胺膜修饰的不锈钢基体上。金相显微镜、扫描电镜及能谱测试都证实了复合膜的成功制备。动电位极化曲线和电化学阻抗谱表明了6-氨基己醇/聚多巴胺复合膜极大的提高了不锈钢的耐腐蚀性能,其缓蚀效率高达99%。鉴于此方法简便、价格低廉、无毒、无污染等特点,是一种有效的环境友好型提高耐蚀性能的表面改性方法。此外,为了使所制备的聚多巴胺复合膜有着更广泛的应用前景,我们进行了探索性实验,成功的原位制备了原子转移自由基聚合（ATRP）的溴代引发剂,为其他应用提供一个反应平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 不锈钢腐蚀及防护概述
• 1.2.1 金属腐蚀概述
• 1.2.2 不锈钢的分类
• 1.2.3 不锈钢腐蚀类型及机理
• 1.2.4 不锈钢腐蚀研究现状
• 1.2.4.1 缓蚀剂的应用
• 1.2.4.2 电化学保护法
• 1.2.4.3 表面处理与膜层保护法
• 1.3 聚多巴胺膜制备及应用概述
• 1.3.1 多巴胺及聚多巴胺膜简介
• 1.3.2 聚多巴胺膜及其复合膜的研究现状
• 1.4 表征薄膜性质的实验方法
• 1.4.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 1.4.2 X-射线能谱（EDS）
• 1.4.3 镜面反射红外光谱（SR-FTIR）
• 1.4.4 紫外可见吸收光谱（UV-VIS）
• 1.4.5 电化学测试方法
• 1.5 本论文的选题思路及研究内容
• 1.5.1 选题思路
• 1.5.2 研究内容
• 2 不锈钢表面聚多巴胺膜的制备与研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.4 表征测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚多巴胺膜的分析表征
• 2.3.1.1 微观形貌与成分分析
• 2.3.1.2 红外光谱分析
• 2.3.1.3 紫外可见光谱分析
• 2.3.2 聚多巴胺膜反应机理
• 2.3.2.1 聚合机理的探讨
• 2.3.2.2 Gaussian 98 模拟计算分析
• 2.3.3 聚多巴胺膜性能测试
• 2.3.3.1 抗腐蚀性与中长期稳定性
• 2.4 本章小结
• 3 不锈钢表面6-氨基己醇/聚多巴胺复合膜的制备与研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验过程
• 3.2.4 表征测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚多巴胺复合膜显微表征
• 3.3.2 聚多巴胺复合膜的表面形貌与成分分析
• 3.3.3 聚合机理的探讨
• 3.3.4 极化曲线分析
• 3.3.5 电化学阻抗谱研究
• 3.3.6 聚多巴胺复合膜的应用探索
• 3.4 本章小结
• 4 结论与展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 主要创新点
• 4.3 展望
• 参考文献