碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜的制備及其防護(hù)性能研究.pdf

1、本課題以制備高導(dǎo)電性和優(yōu)異防護(hù)性能的介孔復(fù)合薄膜為主線,從有機(jī)-無機(jī)介孔復(fù)合薄膜、金屬納米粒子在介孔薄膜中的原位還原、介孔薄膜的N元素修飾三個方面對碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 以低分子量的酚醛樹脂為碳源、正硅酸乙酯為硅源、三嵌段共聚物F127為模板劑,采用旋涂法在321不銹鋼表面制備碳-氧化硅介孔復(fù)合薄膜。通過改變?nèi)苣z-凝膠體系中碳源的加入量,實現(xiàn)了不同有機(jī)-無機(jī)組成的介孔復(fù)合薄膜的可控合成。XRD、BET

2、和TEM結(jié)果表明,所制備的碳-氧化硅介孔復(fù)合薄膜,在C-0％～C-100％含量區(qū)間內(nèi),均具有高度有序的介孔結(jié)構(gòu),FE-SEM顯示,薄膜以一維螺旋狀孔道排列,厚度可控。元素分布結(jié)果表明,碳和氧化硅元素分布點位完全重合,薄膜均一、致密。0.5 M H2SO4腐蝕體系中測試結(jié)果表明,相對于不銹鋼裸片,復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的防護(hù)性能,腐蝕電位提高了250-1000 mV,腐蝕電流下降了1-3個數(shù)量級,其中C-50％～60％的復(fù)合薄膜具有最佳的防護(hù)性

3、能,在燃料電池陰極工作電位下的恒電位極化過程非常穩(wěn)定,穩(wěn)定電流密度僅為1.2/μA/cm2。
　　 為了提高薄膜的導(dǎo)電性,采用一步法引入Ni2+,實現(xiàn)了金屬Ni納米粒子在介孔薄膜中的原位還原。實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)Ni組裝含量為10wt％、熱處理溫度為500℃時,復(fù)合薄膜具有高度有序的介觀結(jié)構(gòu),金屬Ni納米粒子均一嵌入在介孔薄膜的骨架中,顯著的提高了復(fù)合薄膜導(dǎo)電性,并催化了薄膜骨架中的部分碳達(dá)到了石墨化。腐蝕體系中測試結(jié)果顯示,復(fù)合薄膜具

4、有較低的腐蝕電流,在恒電位極化過程中穩(wěn)定且電流密度??；交流阻抗結(jié)果表明,其具有較小的半圓弧半徑和較低的Wo-T系數(shù),展現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性和防護(hù)性能。
　　 進(jìn)一步采用恒電位沉積的方法,在碳-氧化硅介孔復(fù)合薄膜中沉積了聚苯胺導(dǎo)電層,通過低溫?zé)崽幚砗髮崿F(xiàn)了N元素對介孔復(fù)合薄膜的修飾。實驗發(fā)現(xiàn),聚苯胺在碳-氧化硅介孔復(fù)合薄膜表面是以“垂直底面點狀生長～一維橫向生長～二維空間堆積長厚”為生長規(guī)律,其最佳的沉積條件為:沉積電位0.90 V、