论文部分内容阅读
硅烷膜在电分析化学、生物传感器、光学器件及金属表面防护性预处理等领域有着广泛的应用。在金属表面防护性预处理方面,硅烷化方法已成为近年来取代铬酸盐钝化、磷酸盐转化等传统环境污染型预处理工艺的研究热点之一。然而,由于硅烷膜自身厚度小(通常只有几十到几百纳米),机械强度低等原因限制了其防护性能的应用。针对硅烷膜自身不足,已有许多工作致力于达到提高膜层防护性能的效果,其共同特点在于：属于异相改性方法促进硅烷成膜,且改性处理工艺过程复杂、成本较高。本论文首次采用均相改性方法促进硅烷成膜,即在硅烷水解初始阶段加入少量金属醇盐,在其与硅烷的共水解过程中催化硅烷单体的水解及生成硅醇的缩合,进而促进其在基体表面成膜,为提高硅烷膜防护性能的研究提供了一个新思路、新方法。本论文的主要研究工作包括：(1)以极少量的钛酸四正丁酯(TBOT)为改性剂,改性甲基三甲氧基硅烷(MTMS)溶液并在基体表面成膜。溶液研究发现,TBOT对MTMS水解过程有着极大的催化作用：在水解初期,TBOT催化硅烷单体生成硅醇的速度非常快；且对生成硅醇之间的缩合也有着非常明显的促进作用。采用简单浸涂方法所得硅烷膜厚度增大,致密性、疏水性增强,耐蚀性能也大大提高。阻抗测试表明,在实验研究浓度范围内,所制得硅烷膜的耐蚀性能随着添加剂TBOT含量的增大而增加,随后保持不变。膜层的耐蚀长效性能良好,强腐蚀介质中服役～5天后,防护性能保持不变；弱腐蚀性介质中浸泡实验表明,该膜层对易腐蚀基体镀锌钢耐蚀性的提高也十分明显。(2)研究了锆酸四正丁酯(TBOZ)改性MTMS溶液的水解及成膜性能。通过对TBOZ改性MTMS硅烷溶液化学及在基体上成膜性能的研究,发现TBOZ的成膜促进能力低于TBOT:相同添加剂含量情况下,TBOZ改性硅烷膜的耐蚀性能较低,需要水解更长时间才能达到相同的防护效果。空白及改性MTMS硅烷溶液长效性(包括经长期水解后的溶液化学信息和所得膜层性能)研究表明,所得膜层的耐蚀性能均随着硅烷溶液水解时间的延长而不断提高。在对硅烷溶液化学及膜层性质的研究基础上,提出了金属醇盐均相改性MTMS硅烷体系可能存在的成膜过程机理,并通过设计MTMS硅烷预聚体模仿性实验对这一机理假设进行了初步验证。