基于烷基硫醇復(fù)合有機(jī)分子膜的制備及其對(duì)銅緩蝕性能的研究.pdf

1、銅及其合金是一種重要的結(jié)構(gòu)和功能材料，因其具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能和優(yōu)美的外觀(guān)而被廣泛使用。但在酸性大氣環(huán)境或離子濃度較高的溶液中，銅及其合金常因腐蝕介質(zhì)的作用而發(fā)生腐蝕或變色，嚴(yán)重影響其使用性能和表觀(guān)裝飾性。因此，尋求高效、價(jià)廉便捷、綠色環(huán)保的銅防護(hù)技術(shù)具有重要的意義。自組裝單分子膜(Self-assembled monolayers，SAMs)是活性分子通過(guò)化學(xué)鍵自發(fā)地吸附在異相界面上形成的具有一定取向、排列緊密的有序單層分子膜。自

2、組裝單分子膜制備條件溫和、方法簡(jiǎn)單、且不改變基底材料的外觀(guān)和內(nèi)部性質(zhì)，在金屬腐蝕和防護(hù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本論文中，我們?cè)阢~表面上制備了十八烷基硫醇的自組裝單分子膜和復(fù)合有機(jī)分子膜。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試、光譜技術(shù)、高分辨顯微技術(shù)對(duì)硫醇單分子膜、硫醇與苯并三氮唑復(fù)合分子膜、硫醇與半胱氨酸復(fù)合分子膜的腐蝕防護(hù)性能進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，主要研究結(jié)果如下：
　　(1)常溫常壓下，利用十八烷基硫醇(C18SH)水溶液在銅表面上制備了C18SH自組

3、裝單分子膜，并對(duì)C18SH單分子膜的的緩蝕性能和作用機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。利用掃描電子顯微鏡觀(guān)察銅試片鹽水浸泡腐蝕后的形貌發(fā)現(xiàn)，C18SH SAMs對(duì)銅具有良好的防腐蝕作用，修飾后的銅試樣在腐蝕介質(zhì)中長(zhǎng)期穩(wěn)定，表面無(wú)腐蝕現(xiàn)象。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明表面覆蓋C18SH SAMs后，銅電極在NaCl溶液中的伏安行為發(fā)生明顯變化，陽(yáng)極氧化電流峰幾乎消失，陰極還原峰電流減小。C18SH SAMs能夠大幅提高電荷傳遞電阻，同時(shí)具有隔離金屬基底與腐蝕介

4、質(zhì)的作用，對(duì)抑制銅的陽(yáng)極溶解和溶解氧的陰極還原反應(yīng)均有顯著的抑制作用。延長(zhǎng)組裝時(shí)間和提高C18SH的濃度有利于提高SAMs的緩蝕性能。此外，水溶液中C18SH分子在銅表面的吸附是符合Langmuir吸附等溫式的化學(xué)吸附過(guò)程。
　　(2)采用苯并三氮唑(BTA)與烷基硫醇進(jìn)行復(fù)配緩蝕，制備了BTA與C18SH復(fù)合有機(jī)分子膜，研究了復(fù)合分子膜的防護(hù)性能和緩蝕作用機(jī)理，考察了配合方式、濃度對(duì)復(fù)配體系緩蝕效率的影響。腐蝕形貌表征與電化學(xué)測(cè)

5、試結(jié)果表明，與單分子膜相比，復(fù)合分子膜的電子傳遞阻力更大，對(duì)電極反應(yīng)的抑制作用更強(qiáng)烈，表現(xiàn)出良好的協(xié)同緩蝕效果。配合方式對(duì)復(fù)配體系的緩蝕效果有一定影響，其中同時(shí)吸附形成的BTA-C18SH復(fù)合分子膜的緩蝕效果最佳，僅經(jīng)過(guò)5 min浸泡處理其緩蝕效率可達(dá)99.87％。復(fù)合分子膜的緩蝕性能隨BTA和C18SH濃度的增大而提高。拉曼光譜和紅外光譜結(jié)果表明復(fù)合分子膜中，BTA與C18SH均通過(guò)去質(zhì)子化共價(jià)吸附于銅表面。由于BTA的存在，C18S

6、H能夠更好地維持原有的高密度堆積形態(tài)，復(fù)合分子膜的長(zhǎng)期穩(wěn)定性更好。
　　(3)利用分子自組裝技術(shù)在銅表面制備了半胱氨酸(L-Cys)單分子膜、L-Cys與C18SH依次修飾的復(fù)合分子膜、L-Cys與C18SH混合修飾的自組裝膜，并研究三種有機(jī)分子膜的緩蝕性能及其影響因素。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，L-Cys SAMs在3.5 wt.%的NaCl溶液中對(duì)銅基底具有較好的緩蝕效果，緩蝕效率隨L-Cys濃度的增大而提高，并隨組裝時(shí)間的延長(zhǎng)先小