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涉海抗菌耐蚀性TiO_2复合薄膜的制备及其性能研究

王洪芬

  随着经济的发展和科技的进步,世界逐渐步入了海洋开发的时代。海洋资源开发、海上运输、海港和海防建设等涉海领域都需要大量的材料作为基础。然而对于涉海材料而言,海洋是一个十分严酷的腐蚀环境,材料腐蚀尤其是海洋微生物附着导致的材料腐蚀失效问题往往会导致巨大的经济损失,甚至引发严重事故。因此,研究制备防止微生物附着并具良好抗腐蚀性能的涉海功能材料对于海洋开发战略的实施具有重要意义。 论文针对海洋环境中金属材料受微生物附着腐蚀非常严重的问题,设计研究制备一种集抗菌、耐腐蚀性能于一体的涉海功能材料,通过对海洋微生物附着与金属电化学性质之间相互作用的分析来探索材料的抗菌耐腐蚀性能。 课题首先用分离纯化方法获得了导致海洋结构材料尤其是钢结构腐蚀破坏的主要菌种----硫酸盐还原菌,并通过测定细菌生长曲线的方法确认了该菌在一定培养条件下的生长规律,利用该菌来研究海水环境中材料的抗菌耐腐蚀性能。 通过优化制备工艺条件,在常用海洋结构材料----304不锈钢表面制备了TiO2及(银)铈掺杂TiO2薄膜。通过测试透光度曲线的方法研究了薄膜的光谱响应范围,发现经(银)铈掺杂后,TiO2薄膜的响应光波长明显红移,且在可见光区出现强度较大的吸收峰,大大增强了TiO2薄膜的可见光利用率。通过测试涂层/金属电极的光生开路电位-时间曲线,确定TiO2及(银)铈掺杂TiO2薄膜具备较强的光电转化能力,在海水环境中能够对304不锈钢产生一定的光生阴极保护作用。利用静态杀菌方式考察了304不锈钢基体上TiO2及(银)铈掺杂TiO2薄膜的光催化杀菌率,发现薄膜均具杀菌性,对海洋环境中提取的硫酸盐还原菌具有一定杀灭作用;并且,经(银)铈掺杂后,TiO2薄膜的杀菌性能得到进一步提高。将制备得到的涂膜不锈钢和空白304不锈钢浸泡在硫酸盐还原菌的培养液中,浸泡不同时间后,通过扫描电镜进行形貌观察及电化学手段对两种测试样的抗菌耐腐蚀性进行了评测。扫描电镜观察结果显示TiO2及(银)铈掺杂TiO2薄膜可以减少硫酸盐还原菌在304不锈钢基体上的附着繁殖,并减小不锈钢在硫酸盐还原菌菌液中的腐蚀程度。电化学极化曲线分析认为,不锈钢表面TiO2及(银)铈掺杂TiO2薄膜的存在,使不锈钢的腐蚀电流密度Icorr减小,腐蚀速率下降,即TiO2及(银)铈掺杂TiO2薄膜成功地减缓了金属基体的阳极溶解过程。阻抗谱解析与等效电路拟合数据显示,在不锈钢表面涂覆TiO2及(银)铈掺杂TiO2薄膜后,电极反应中的电荷转移电阻Rct增大,试样的抗腐蚀能力增强,进而说明薄膜的存在能有效地阻止海水及硫酸盐还原菌对于金属材料表面的侵蚀。……   
[关键词]:TiO_2薄膜;银掺杂;铈掺杂;硫酸盐还原菌;抗菌耐蚀性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国海洋大学2010年