涂层纳米功能材料探究论文提纲

论文题目：防腐功能纳米材料的制备及其在环氧涂层中的应用研究

摘要：金属腐蚀广泛存在于各种金属材料中,给国家工业和基础建设造成巨大损失,同时引发各类环境与安全问题,也限制了钢铁等金属材料的应用领域。目前,应对金属腐蚀问题,采用最多的方式是通过表面处理来解决,即表面涂膜技术。尽管环氧防腐涂料已经商业化了几十年,但因其对水及腐蚀离子的渗透抑制能力较差,长期防腐性能并不理想。通过加入具有防腐功能的填料,可以很好地改善涂层的抗腐蚀性能。本论文分别设计了基于金属骨架化合物（CuBTC）和Mxene（Ti3C2Tx）的纳米功能材料,用于改善环氧树脂涂层的抗腐蚀性能,评价了涂层的防腐效果,具体研究如下:（1）在微孔CuBTC纳米容器中负载苯并三唑（BTA）缓蚀剂,以聚多巴胺（PDA）作为环境响应器,设计构建了一种新型pH敏感缓蚀剂释放体系。将CuBTC@BTA@PDA纳米容器嵌入到环氧树脂涂层中,并将其用于优化碳钢表面的抗腐蚀防护。研究结果表明,聚多巴胺层不仅能提升材料的分散性,而且可以控制缓蚀剂的释放。电化学防腐性能测试结果也表明,CuBTC@BTA@PDA/EP涂层在0.01Hz时阻抗模量始终保持在较高的值,比其他涂层高出1～2个数量级,同时具有最大的腐蚀电位(Ecorr)值和最小的腐蚀电流(icorr)值,表现出良好的抗腐蚀性。（2）采用盐酸和氟化锂对MAX相Ti3AlC2蚀刻铝原子层,制备了二维Ti3C2Tx Mxene纳米片,并通过多巴胺改性,将其添加到环氧树脂中,用于碳钢的腐蚀防护。表征结果证实成功制备出单层或少层的纳米片,并且二维Ti3C2Tx Mxene纳米片经改性后,在环氧树脂中的分散性变好,能够延缓腐蚀介质入侵金属基底的时间。电化学交流阻抗研究表明,浸泡在3.5 wt.%NaCl溶液20天后,Ti3C2Tx@PDA/EP涂层仍然表现出优异的防腐性能,阻抗值是纯EP涂层的15倍多。此外,塔菲尔极化曲线也表明,Ti3C2Tx@PDA/EP涂层icorr值比纯环氧涂层低1个数量级,且Ecorr值正向移动至-0.744V,表明Mxene二维材料在环氧防腐涂料体系中具有显著的腐蚀介质阻隔效应。

关键词：防腐;铜基金属有机骨架;Ti₃C₂T_xMxene;聚多巴胺;环氧树脂

学科专业：化学工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 金属腐蚀的危害

1.1.2 金属的腐蚀机理

1.1.3 金属的防护方法

1.2 环氧树脂的改性

1.3 金属有机骨架在环氧树脂中的应用

1.3.1 金属有机骨架材料概述

1.3.2 金属有机骨架材料在防腐中的应用

1.3.3 金属有机骨架材料在阻燃中的应用

1.3.4 金属有机骨架材料在其他领域的应用

1.4 Mxene在环氧树脂中的应用

1.4.1 Mxene材料概述

1.4.2 Mxene材料在电磁屏蔽中的应用

1.4.3 Mxene材料在耐磨中的应用

1.4.4 Mxene材料在导热中的应用

1.4.5 Mxene材料在防腐中的应用

1.4.6 Mxene材料在其他领域的应用

1.5 聚多巴胺概述

1.6 课题研究意义、研究内容和创新性

1.6.1 研究意义

1.6.2 研究内容

1.6.3 创新性

第二章 实验部分

2.1 实验原料及试剂

2.2 实验仪器

2.3 测试及表征方法

2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)

2.3.2 透射电子显微镜(TEM)

2.3.3 X射线衍射(XRD)

2.3.4 傅里叶红外光谱(FTIR)

2.3.5 拉曼光谱(Raman)

2.3.6 热重(TG)

2.3.7 比表面积分析仪(BET)

2.3.8 紫外光谱测试(UV-Vis)

2.3.9 电化学交流阻抗谱(EIS)

2.3.10 塔菲尔极化曲线(Tafel)

2.3.11 接触角测试(CA)

2.3.12 涂膜附着力测试

第三章 CuBTC@BTA@PDA的制备及其在环氧涂层中防腐性能研究

3.1 引言

3.2 CuBTC@BTA@PDA的制备

3.2.1 CuBTC的制备

3.2.2 CuBTC@BTA的制备

3.2.3 CuBTC@BTA@PDA的制备

3.3 CuBTC@BTA@PDA/EP涂层的制备

3.3.1 金属基底的预处理

3.3.2 CuBTC@BTA@PDA/EP涂层的制备

3.4 结果与讨论

3.4.1 形貌分析

3.4.2 X射线衍射分析

3.4.3 红外分析

3.4.4 拉曼分析

3.4.5 热重分析

3.4.6 比表面积分析

3.4.7 缓蚀剂释放行为分析

3.4.8 涂层截面分析

3.4.9 涂层电化学阻抗分析

3.4.10 涂层开路电位分析

3.4.11 涂层塔菲尔极化曲线分析

3.4.12 涂层光学照片分析

3.4.13 涂层的防腐机理

3.5 本章小结

第四章 Ti_3C_2T_x@PDA的制备及其在环氧涂层中防腐性能研究

4.1 引言

4.2 Ti_3C_2T_x@PDA的制备

4.2.1 Ti_3C_2T_xMXene纳米片的制备

4.2.2 Ti_3C_2T_x@PDA的制备

4.3 Ti_3C_2T_x@PDA/EP涂层的制备

4.3.1 金属基底的预处理

4.3.2 Ti_3C_2T_x@PDA/EP涂层的制备

4.4 结果与讨论

4.4.1 形貌分析

4.4.2 X射线衍射分析

4.4.3 红外分析

4.4.4 热重分析

4.4.5 涂层截面及接触角分析

4.4.6 涂层电化学阻抗分析

4.4.7 涂层开路电位分析

4.4.8 涂层塔菲尔极化曲线分析

4.4.9 涂层附着力测试分析

4.4.10 涂层的防腐机理

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附件