取向磷酸鋯類薄膜材料的制備及其性能研究.pdf

1、磷酸鋯類材料（包括磷酸氫鋯α-ZrP和γ-ZrP、磷酸氫鋯衍生的有機(jī)膦酸鋯以及有機(jī)物插層磷（膦）酸鋯）是一類具有有序結(jié)構(gòu)的層狀材料，已作為催化劑、離子交換劑、固相氣體傳感器及生物材料的固定化載體等得到了廣泛應(yīng)用。如能將磷酸鋯類化合物晶粒進(jìn)行有序二維排列，制備成薄膜或器件材料，則可進(jìn)一步擴(kuò)寬此類材料的應(yīng)用范圍。本論文采用原位晶化法分別在金屬銅和聚苯乙烯基體上制備了取向性苯膦酸鋯（ZrPP，Zr（C6H5PO3）2·nH2O）薄膜，采用XR

2、D、SEM等測(cè)對(duì)該薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，并研究了該薄膜的疏水性、低介電性和防腐蝕性能。主要工作內(nèi)容和研究結(jié)果如下： 1．本論文采用原位晶化技術(shù)在金屬銅基體上制備了ZrPP薄膜，該薄膜由六角形片狀ZrPP晶粒組成的，且晶粒垂直基體生長(zhǎng)，薄膜表面的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)和表面功能基團(tuán)－苯環(huán)的本征疏水性共同作用，使得該薄膜無(wú)需低表面能修飾就具有很好的疏水性能，所測(cè)得的接觸角（CA）為143-151°。同時(shí)，在酸性（pH=2）和堿性（pH

3、=12）條件下，薄膜的接觸角基本沒有發(fā)生變化，這說(shuō)明在酸堿腐蝕性介質(zhì)中，薄膜保持穩(wěn)定的疏水性。 2．采用極化曲線測(cè)試ZrPP薄膜的耐腐蝕性能，結(jié)果表明ZrPP薄膜與基體的結(jié)合力比較好，極化電流密度低至10-5Amps/c㎡，比純銅基體的電流密度降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間放置（真空放置30天），該疏水薄膜沒有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，這說(shuō)明該薄膜具有優(yōu)越的耐腐蝕性能。初步推斷，ZrPP薄膜穩(wěn)定的疏水性能是其良好耐蝕性的重要因素。經(jīng)介電性能測(cè)

4、試，該薄膜的介電常數(shù)大都小于3，介電損耗值小于0．03。 3．本論文采用原位晶化法在聚苯乙烯基體上生長(zhǎng)了取向性ZrPP薄膜。晶化10 min時(shí)，ZrPP晶粒的ab面平鋪于基體生長(zhǎng)，初步推測(cè)，ZrPP晶粒與聚苯乙烯表面存在π-π鍵作用。根據(jù)“進(jìn)化選擇”機(jī)制，隨著晶化時(shí)間的延長(zhǎng)，ZrPP片狀晶粒繼續(xù)生長(zhǎng)，但只有晶粒生長(zhǎng)速度快的ab軸方向在垂直基體的方向生長(zhǎng)，最終，得到了晶粒ab面垂直基體的ZrPP薄膜。為了證實(shí)上述機(jī)制，我們將聚苯乙