掺杂石墨烯超疏水自组装涂层的微观组织机制及耐腐蚀和自清洁机理研究

The super hydrophobic self-assembly of doping graphene will be prepared using BTESPT solution and graphene as the main raw material by chemical etching and self-assembly technology. Graphene will be prepared by the oxidation reduction method, the graphene oxide as the main raw material, and tea polyphenols as a reducing agent. The morphology of the films will be tested using XPS, SEM, AFM and (SECM). The corrosion resistance mechanism of this film will be studied by using electrochemical impedance spectroscopy, electrochemical noise and salt spray corrosion in different working temperature, medium and medium velocity. The super hydrophobic and self-cleaning properties of this film will be studied by using the contact angle method and fluorescence method in order to investigate the relationship between the self-cleaning properties and the structure of doping graphene. Finally, the effect of doped graphene on the self-assembly space structure will be studied by molecular dynamics simulation method. Film formation mechanism and microscopic corrosion resistance model will be established by molecular dynamics simulation in order to provide a new way for aluminum alloy in the field of low temperature heat exchange equipment and other related applications.

本项目拟采用刻蚀法和自组装掺杂技术相结合，以双（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物（BTESPT）溶液为主要原料，采用绿色还原法制备石墨烯，然后制备掺杂石墨烯的超疏水自组装膜，采用XPS、SEM、AFM 和扫描电化学显微镜（SECM）等测试手段研究膜层的微观组织机制。项目通过采用电化学阻抗谱，电化学噪声，盐雾腐蚀等化学和电化学测试手段，系统研究不同工作温度、介质和介质流速对掺杂石墨烯超疏水自组装膜的耐腐蚀性能影响规律和机理。同时，采用接触角法和荧光法相结合对材料表面的超疏水性和清洁度进行系统研究，并探讨自清洁性能与掺杂石墨烯超疏水自组装膜微观组织之间的关系。最后运用分子动力学模拟方法研究讨论掺杂石墨烯在自组装空间结构中的作用，从而在铝合金表面建立掺杂石墨烯超疏水自组装微观组织机理和微观耐腐蚀模型，为铝合金在中低温热交换设备以及其它相关应用领域中的防腐蚀研究提供新途径。

铝合金在工业领域应用广泛，但是在工作环境中容易发生腐蚀，造成巨大的损失。金属防腐蚀的方法有很多种，其中自组装技术制备自组装膜是近年来发展迅速的一种绿色环保的防腐蚀方法，而且它具有操作工艺简单、环保等特点具有广泛的应用的潜力。但单纯有机自组装膜的耐溶剂性、耐腐蚀性较差，易水解，自组装膜自身结构存在缺陷等缺点，因此耐腐蚀性能好的自组装膜开发，成为亟待解决的问题。本项目主要通过金属表面粗糙化处理和掺杂石墨烯自组装相结合的方案，制备具有较好自清洁、耐腐蚀性能的掺杂石墨烯自组装复合膜层。用XPS、SEM、EDS和XRD等测试手段研究膜层的微观组织机制，采用中性盐雾实验和电化学性能等测试方法研究其耐腐蚀性能。结果表明：石墨烯膜层表面分布均匀，腐蚀电流密度为2.40×10-9A/cm2，电化学阻抗值达到2.27×106Ω，耐盐雾时长超过240小时；最后运用分子动力学模拟掺杂石墨烯复合膜的微观成膜机制，并分析了铝合金和自组装分子吸附能的大小及其原子径向分布函数变化。结果表明铝合金基体和氢氧化钠反应之后形成羟基，rGO和水解后的BTESPT分子结合形成BTESPT/rGO大分子，然后与铝合金表面发生化学吸附，从而形成复合自组装膜层，研究揭示了石墨烯在自组装膜中主要起到强化阻挡腐蚀介质的作用。新型掺杂石墨烯自组装复合膜的制备及其耐腐蚀性能研究，为铝合金在中低温热交换设备以及其它相关应用领域中防腐蚀的开发奠定了基础。