【摘 要】
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聚吡咯(PPy)自1979年被发现以来,就凭借其优良的导电性、使用中的稳定性、良好的氧化还原特性、防腐能力以及优秀的生物相容性备受关注。而金属镁(Mg)作为传统的金属材料,质轻、强度大、弹性模量与人骨接近、在人体内的自发降解、无毒无害、产物可随体液排出,这些优点使得镁成为一种潜力巨大的可降解金属材料。但是两种材料均存在某种不足。在制备方法方面,气相聚合(Vapor Phase Polymeriza
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聚吡咯(PPy)自1979年被发现以来,就凭借其优良的导电性、使用中的稳定性、良好的氧化还原特性、防腐能力以及优秀的生物相容性备受关注。而金属镁(Mg)作为传统的金属材料,质轻、强度大、弹性模量与人骨接近、在人体内的自发降解、无毒无害、产物可随体液排出,这些优点使得镁成为一种潜力巨大的可降解金属材料。但是两种材料均存在某种不足。在制备方法方面,气相聚合(Vapor Phase Polymerization,VPP)方法是在各种材料表面合成导电聚合物(CPs)的常用方法之一,但是将PPy通过非液相的VPP化学氧化法在金属Mg表面,是一项具有挑战性的工作,主要原因在于通过非液相化学氧化法聚合PPy往往需要引入氧化剂,反应体系中的基底则不能与氧化剂反应,故大多数VPP法选择非金属材料作为基底,即便少数金属基底开展的VPP法也需要提供高温、低压等附加条件。而Mg作为一种活泼金属,在高温、低压状态下极易失去电子,发生化学反应被腐蚀,所以目前利用VPP法在Mg表面合成CPs仍为空白。在应用方面,减缓Mg的降解速度具有重要的科学技术意义,如果将PPy用作防腐涂层可以提供一种有效解决方案。因此本文的工作中,我们使用五氧化二钒(V2O5)水溶胶涂覆多种金属和非金属基底,利用VPP法,在常温、常压的条件下合成PPy/V2O5复合材料,并对该复合材料进行了一系列基础理化性能表征。为进一步验证该合成方法的应用价值,本文论文通过VPP法在多种金属表面沉积PPy/V2O5复合物涂层(包括Mg),并探索复合物涂层在Mg表面耐腐蚀方面的性质。全文主要研究内容和结果如下:(1)利用VPP法在常温常压条件下成功制备PPy/V2O5复合涂层。通过扫描电镜(SEM)表征纳米复合材料形态结构。通过能量色散X射线光谱仪(EDX)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证了复合物的形成。利用热重分析仪(TGA)研究复合材料的热稳定性。实验证实,本论文的方法可以在室温、常压下在多种基底得到均一、稳定直径50nm左右、长径比大的复合物纳米线。还通过在金属镁(Mg)、镍(Ni)、锌(Zn)和非金属聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)表面PPy/V2O5的成功合成,证实了本方法的普适性。利用ET150台阶轮廓仪和RTS-9双电测四探针测试仪对金属Mg表面复合物涂层厚度、电导率进行检测,实验证实复合物涂层厚度在20~40 μm范围内,所得电导率为0.20~1.22 S/cm。(2)VPP法在Mg基底表面制备PPy/V2O5复合涂层,研究其在提升Mg耐腐蚀性能方面能力。通过将PPy/V2O5/Mg、V2O5/Mg以及纯Mg样品浸入3.5wt%NaCl溶液,在2、4、24、48、72、96小时浸泡时间后进行耐腐蚀性能实验,经过动电位极化(Tafel)测试和电化学阻抗谱(EIS)测试证实,在浸泡实验96小时内,PPy/V2O5纳米复合物可以起到一定抗腐蚀作用;而V2O5涂布的样品,在浸泡初期的稳定后,在24小时后耐腐蚀性出现下降趋势。本实验的温和VPP法为活泼金属表面制备导电高分子提供了一种易操作、低成本的方法。
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