功能化修饰石墨烯/聚苯胺复合涂层的辐照结构损伤与性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caoerduo
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高温、高湿及伽马射线等因素的综合作用对核电站或核动力舰船等大型装备的使用寿命有较大影响,因此需要在关键部件表面涂覆具有优异耐辐照损伤和耐环境腐蚀的多功能涂层。聚苯胺涂层具有较好的抗氧化性能和防腐能力,经适当性能强化后可用于上述特殊环境。石墨烯具有较大的纵横比,对腐蚀介质的扩散具有优异的屏蔽作用,且对伽马射线辐照后产生的自由基有较强的吸收或猝灭能力,是一种优异的涂层增强材料。为此,本文首先对石墨烯进行功能化修饰以提高其耐辐照损伤能力,接着将其作为填充料添加到聚苯胺涂层中,以提升聚苯胺涂层在伽马射线环境下的耐辐照损伤能力和腐蚀防护性能。主要研究内容如下:(1)对氧化石墨烯(GO)在水中的辐照结构损伤进行研究。通过FTIR,Raman和XRD等测试发现GO在经受100 kGy辐照剂量后,其表面的含氧官能团逐渐减少;500 kGy辐照后,缺陷增多。TEM和BET测试发现GO片层上出现大量孔径约为4 nm的孔洞,其比表面积也大幅增至辐照前的16倍。(2)通过两步原位聚合法在GO表面修饰聚苯胺(简称为PGO),分散于聚苯胺的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中制备得到复合涂层(PGNS)。采用FTIR,Raman,XRD,AFM和XPS等测试对PGO进行表征,结果表明聚苯胺均匀分布在GO的表面。BET和TEM测试证明在伽马射线环境下PGO的结构稳定性相比于GO得到了巨大提升。电化学测试发现当PGO含量为0.10 wt%(PGNS0.10)时,复合涂层的腐蚀防护性能和耐辐照损伤能力都最为优异。ESR测试结果也证明PGNS0.10受到自由基破坏损伤程度最低,因此PGNS0.10能够在伽马射线环境下拥有更长的使用寿命。(3)采用化学氧化法在GO表面原位修饰聚吡咯(PPY),将得到的纳米材料(YGO)分散于聚苯胺的NMP溶液中制备得到复合涂层(YGNS)。利用FTIR,Raman,XRD和XPS测试对YGO进行表征,发现聚吡咯与GO已经成功的复合。接着运用SEM和TEM观察不同质量比的YGO的形貌发现聚吡咯均匀分布,呈“碎纸片”形貌且结构致密。经受500 kGy辐照后,运用TEM测试发现YGO表面没有孔洞。同时BET测试表明YGO1:1(吡咯与GO质量比为1:1)辐照后比表面积为辐照前的1.05倍(远小于GO的15.5倍)。电化学测试证明YGNS0.25的腐蚀防护性能和耐辐照损伤能力比其他质量分数的YGNS和PGNS0.10都更为优秀。且通过ESR测试发现YGNS0.25样品中强攻击性自由基浓度最低,即其受到的辐照损伤效应最小。这与电化学数据结果一致。
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