阳极氧化铝复合石墨烯薄膜的制备及性能研究

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铝及其合金具有优异的物理和机械性能,使其在建筑、航空、船舶、交通以及日常生活等领域都有广泛的应用。阳极氧化为铝合金表面改性常见方法。石墨烯作为片状结构的纳米二维材料,被认为是最薄的腐蚀防护涂层。本文利用化学修饰方法在电化学剥离过程中对石墨烯表面进行硅烷修饰,随后分别对石墨烯及改性石墨烯通过阳极电泳沉积方法在铝合金氧化铝薄膜上得到复合薄膜,并研究其抗腐蚀及疏水性能。在KH-550(氨丙基三乙氧基硅烷)的0.1M(NH42SO4溶液中,石墨棒做阳极,钛丝做阴极,在10V恒压、70℃水浴条件下,采用一步法电化学剥离及原位功能化制备硅烷改性石墨烯。同样条件,在0.1M(NH42SO4溶液中电化学剥离制备了石墨烯。FTIR表明硅烷成功接支到石墨烯上,说明一步法的电化学剥离及原位功能化法制备硅烷功能化石墨烯是可行的;TG发现硅烷石墨烯热稳定性高于石墨烯;XRD与Raman结果显示电化学剥离过程中保留了石墨的晶格结构,得到硅烷石墨烯缺陷高于石墨烯。SEM显示硅烷石墨烯表面没有明显团聚;在不同溶液稳定性分析中发现石墨烯优于硅烷石墨烯。通过传统阳极氧化法在0.3M草酸溶液中,在50V恒压,25℃条件下制备了多孔氧化铝薄膜,以多孔氧化铝薄膜为基底,在0.2mg/ml石墨烯的异丙醇溶液中采用阳极电泳法沉积制备了一层石墨烯复合薄层。研究了不同沉积电压的参数对复合膜层表面形貌及耐蚀性能的影响并对得到的石墨烯复合膜层进行电化学性能测试,发现在70V沉积电压时得到的石墨烯复合膜层耐蚀性最好,与多孔氧化铝薄膜阻抗(79.97kΩ·cm2)相比,该膜层具有较大的阻抗(385.4kΩ·cm2),在3.5%NaCl溶液中自腐蚀电位为(-0.762V),腐蚀电流密度其值为(20.66nA·cm-2)。采用同样的沉积方法,在多孔氧化铝薄膜表面电泳沉积硅烷修饰的石墨烯。对不同电压电泳沉积得到的硅烷石墨烯复合膜层及石墨烯复合膜层进行接触角测试,发现硅烷对石墨烯的改性及不同沉积电压均影响膜层的疏水性能,硅烷修饰的石墨烯膜层的接触角均大于石墨烯膜层接触角,在150V电压下得到硅烷修饰石墨烯膜层的水接触角为140.1°,接近于超疏水表面的接触角150°。
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