仿生超滑表面在微生物腐蚀及污损防护应用中的研究

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海洋生物污损和海洋微生物腐蚀严重影响和制约着人类对海洋资源的开发与利用。抑制海洋微生物在材料表面的初始附着对于防治生物污损和微生物腐蚀具有重要的意义,而材料表面的润湿性对于海洋微生物的初始附着过程有重要的作用。本论文主要采用了电化学方法和化学刻蚀方法构建了仿生超疏水和超滑表面,利用扫描电子显微镜、荧光显微镜和电化学交流阻抗等技术研究了硫酸盐还原菌(SRB)和绿藻在不同海水环境中不同类型的材料表面的附着情况,主要结果如下:(1)采用电化学刻蚀-低表面能修饰-全氟聚醚油注入三步法在铝表面制备了仿生超滑表面,所制备的仿生超滑表面能够有效地抑制静态和动态模拟环境中SRB的附着,这是由于超滑表面作为一种―类液体‖表面,无法为细菌的附着提供―锚点‖。仿生超滑表面还可以有效抑制SRB所致基体铝的腐蚀,这主要归因于全氟聚醚油膜对腐蚀性介质和基体的隔离作用。(2)采用化学刻蚀-表面修饰两步法在玻璃基体表面制备具有多孔片状微观结构的超疏水表面,获得表面静态接触角为158±3°,且具有很小的滚动角,刻蚀修饰后的玻璃最大透过率为99.3%,比空白玻璃的透过率(91.2%)高出很多;提出玻璃表面微观结构的形成主要机制是在碱性条件下玻璃中的改性离子如K+,Na+被置换出来,玻璃表面的硅氧四面体发生重组;(3)采用化学刻蚀-低表面能修饰-全氟聚醚油注入三步法在玻璃表面制备了仿生超滑表面,所得超滑表面的透过率为97.6%。在此基础上,对比了空白玻璃,超疏水表面和超滑表面三种不同表面SRB和绿藻附着的情况,证明超疏水表面和超滑表面均能抑制玻璃表面SRB和绿藻的附着,但是与超疏水表面相比,超滑表面相对稳定,可在相对较长的测试时间内有效抑制微生物的附着且透过率维持在稳定范围内。
致谢第4-5页
摘要第5-6页
Abstract第6-7页
第一章 绪论第11-34页
    1.1 研究背景及意义第11页
    1.2 海洋生物污损第11-21页
        1.2.1 海洋生物污损的发生过程第12-14页
        1.2.2 典型的海洋污损生物第14-15页
        1.2.3 海洋生物污损的环境影响因素第15-16页
        1.2.4 海洋生物污损的损害第16-18页
        1.2.5 海洋生物污损的防护方法第18-21页
    1.3 海洋微生物腐蚀第21-24页
        1.3.1 腐蚀微生物第21-22页
        1.3.2 微生物腐蚀机理第22-24页
    1.4 仿生超疏水/超滑表面第24-32页
        1.4.1 仿生表面的由来第24页
        1.4.2 材料表面的润湿性第24-26页
        1.4.3 仿生超疏水表面第26-28页
        1.4.4 仿生超滑表面第28-30页
        1.4.5 仿生超滑表面的应用第30-32页
    1.5 研究目标与内容第32-34页
        1.5.1 研究目标第32页
        1.5.2 研究理论与方法第32-33页
        1.5.3 研究内容第33-34页
第二章 铝基体仿生超滑表面的制备及对微生物腐蚀的防护性能第34-55页
    2.1 前言第34-35页
    2.2 实验方法第35-38页
        2.2.1 实验材料、试剂和仪器第35页
        2.2.2 铝基体粗糙表面结构的制备第35-36页
        2.2.3 仿生超滑表面的制备第36页
        2.2.4 仿生超滑表面对SRB的附着实验第36-38页
        2.2.5 仿生超滑表面的耐蚀性测试第38页
    2.3 实验结果与讨论第38-54页
        2.3.1 刻蚀铝表面微观形貌及润湿性第38-40页
        2.3.2 刻蚀铝表面组成分析第40-42页
        2.3.3 超滑表面对SRB附着的影响第42-45页
        2.3.4 仿生超滑表面的耐蚀性能与机制第45-53页
        2.3.5 仿生超滑表面耐久性能测试第53-54页
    2.4 小结第54-55页
第三章 玻璃基仿生超疏水表面的的制备与表征第55-66页
    3.1 引言第55-56页
    3.2 实验方法第56-57页
        3.2.1 实验材料、试剂和仪器第56页
        3.2.2 玻璃基粗糙结构的制备第56页
        3.2.3 超疏水表面修饰第56-57页
    3.3 实验结果与讨论第57-65页
        3.3.1 刻蚀玻璃结构和性能的表征第57-58页
        3.3.2 刻蚀玻璃表面透光率比较第58-59页
        3.3.3 刻蚀玻璃减反膜的生长过程及形貌变化第59-65页
    3.4 小结第65-66页
第四章 玻璃基仿生超疏水/超滑表面对微生物污损的防护性能第66-83页
    4.1 引言第66-67页
    4.2 实验方法第67-70页
        4.2.1 实验材料、试剂和仪器第67页
        4.2.2 玻璃基仿生超疏水表面的制备第67页
        4.2.3 玻璃基仿生超滑表面的制备第67-68页
        4.2.4 玻璃基仿生超疏水/超滑表面对微生物附着的影响第68-70页
    4.3 实验结果与讨论第70-81页
        4.3.1 超滑表面的特性第70-71页
        4.3.2 玻璃基仿生超疏水/超滑表面对SRB附着的影响第71-73页
        4.3.3 玻璃基仿生超疏水/超滑表面在SRB附着过程中的透过率变化第73-76页
        4.3.4 玻璃基仿生超疏水/超滑表面对绿藻附着的影响第76-78页
        4.3.5 玻璃基仿生超疏水/超滑表面在绿藻附着过程中的透过率变化第78-81页
    4.4 小结第81-83页
第五章 结论与展望第83-85页
    5.1 结论第83-84页
    5.2 展望第84-85页
参考文献第85-94页
作者简介第94-95页
攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果第95页
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论文编号ABS2861333,这篇论文共95页
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