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摘 要

纳米级金属氧化物颗粒与聚吡咯通过原位聚合而形成的复合涂层，其耐腐蚀性要远优于不掺杂任何金属氧化物颗粒的聚吡咯。由于金属腐蚀对现代工业社会造成的巨大损害，经过各方人士的不懈努力，不幸的是，腐蚀仍然不能完全防止，而控制腐蚀则成为唯一的方法电聚合物涂层引起的防腐保护取决于其结构和电子性质。 聚吡咯通常是以电沉积或涂覆的形式作用在金属基材上。电化学合成的优势是实现直接在金属表面合成聚合物涂层而不需要任何的有机添加剂。近来，由于导电聚合物的纳米复合材料对于铁，铝，钢的防腐性能而备受关注。纳米复合材料中纳米级无机材料的存在能够改善阻隔物的性能并延长其使用寿命，而不同的材料所造成的效应也大相径庭。

本文将通过采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱的方法研究单纯的聚吡咯涂层以及掺杂了二氧化钛和二氧化锡纳米粒子的复合涂层在腐蚀溶液中的抗腐蚀性能。并比较了聚合物和纳米复合材料与裸电极的电化学行为。将二氧化钛纳米粒子掺杂在聚吡咯涂层中并用于金属的保护将会是一个很大的改进。

关键词：聚吡咯 复合涂层 极化曲线 电化学阻抗谱

Electropolymerized Polypyrrole-SnO2 Composite Coating and Its Corrosion Resistance

ABSTRACT

The composite coating formed by in-situ polymerization of nano-sized metal oxide particles and polypyrrole has a much better corrosion resistance than polypyrrole without any metal oxide particles. Due to the great damage caused by metal corrosion to modern industrial society, through unremitting efforts of all parties, unfortunately, corrosion still cannot be completely prevented, and corrosion control is the only method. The corrosion protection caused by electropolymer coating depends on its Structural and electronic properties. Polypyrroles generally act on metal substrates in the form of electrodeposition or coating. The advantage of electrochemical synthesis is the realization of the synthesis of polymer coatings directly on the metal surface without the need for any organic additives. Recently, attention has been paid to the anticorrosive properties of iron, aluminum and steel due to the nanocomposites of conductive polymers. The presence of nanoscale inorganic materials in nanocomposites can improve the properties of barriers and extend their useful life, and the effects of different materials are quite different.

This paper will study the corrosion resistance of pure polypyrrole coatings and composite coatings doped with TiO2 and SnO2 nanoparticles in the etching solution by using potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy. The electrochemical behaviors of polymers and nanocomposites and bare electrodes were compared. The doping of titanium dioxide nanoparticles in a polypyrrole coating and the protection of metal Al proved to be a great improvement.

Keywords: polypyrrole； composite coating polarization ；curve ；Electrochemical impedance spectroscopy

目录

摘 要 1

ABSTRACT 3

第一章 文献综述 6

1.1 导电聚合物 6

1.1.1导电聚合物的简介 6

1.1.2导电聚合物的导电机理 7

1.2 聚吡咯的合成 7

1.2.1 聚吡咯的结构和性质 7

1.2.2 聚吡咯的合成 8

1.3 课题目标及研究内容 9

第二章 聚吡咯的电化学合成及抑制腐蚀研究 9

2.1 药品与设备 9

2.1.1 实验药品 9

2.1.2 实验设备 10

2.2实验装置与方法 10

2.3 结构表征 11

2.3.1 XRD分析 11

2.3.2 FTIR分析 12

2.4 腐蚀性能研究 13

2.4.1 电化学阻抗谱 13

2.4.2 动电位极化曲线 13

2.4.3 腐蚀形貌 14

2.5 二氧化锡掺杂的聚吡咯的腐蚀抑制研究 14

2.5.1 电化学阻抗谱 14

2.5.2 动电位极化曲线 15

第三章 结论 15

参考文献 16

致 谢 20

第一章 文献综述

1.1 导电聚合物。

1.1.1导电聚合物的简介

避免腐蚀是金属材料在实际使用过程中必须面对的问题，同时也是目前困扰人们的一大难题，金属腐蚀，顾名思义是金属材料受周围介质的作用而被损坏，主要包括电化学腐蚀和化学腐蚀，其中电化学腐蚀对金属材料的伤害尤为严重，因为电化学腐蚀往往会导致金属材料内部也被损坏，对人们的危害也更大，因此我们要预防金属腐蚀，就得从电化学腐蚀着手，电化学腐蚀给人类社会造成的经济损失要远远高于其他自然糟害，诸如风灾、火灾、水灾和地震的总和，目前常用的防腐手段主要是在金属表面涂抹防腐蚀涂层，改变金属内部构造不适合大范围的使用，综合来看还是在金属上涂抹防腐蚀涂层更加具有研究意义，掺杂碘的聚乙炔^[1]作为第一个导电聚合物被发现，自此，导电聚合物或合成金属就作为一个新的分类正式成立，由于它们具有比较长的π-共轭链结构，以及它们独特的电学属性^[2]，这种功能材料刚一问世就吸引了人们大量的关注，它们具有不同寻常的导电机理和可以人为控制的电化学、化学以及物理性能，同时，它们还有可逆的掺杂和去掺杂过程。这些与众不同的独特属性使得导电聚合物不仅展现了其在科技科学上的美好前景，而且也在基础材料的研究中有着相当重要的地位，化学或电化学的掺杂和去掺杂机理^[3]深深地影响着导电聚合物的氧化程度，从而引起了导电聚合物对特定化学体系的快速感应。而这一特性往往被应用于传感器的敏感材料^[4]。导电聚合物固有的传输属性，入能量的迁移和电子的导电性使得它们相比于其他材料能够对环境的变化更敏感。此外，包括纳米管、纳米纤维和纳米棒^[5]在内的导电聚合物纳米材料比传统的块状结构具有更大的比表面积，更大的比表面积意味着导电聚合物与分析物之间的相互作用更强，从而实现放大灵敏度和实时响应^[6]的能力。作为一种新兴的聚合材料，导电聚合物具有重大的理论研究价值和实际应用价值。 导电聚合物分为结构型导电聚合物和复合型导电聚合物。其中，结构型导电聚合物依靠高分子本身或掺杂后产生的导电载流子^[7]导电。二级分类，结构型导电聚合物又可以分为电子型和离子型，电子型导电聚合物的导电载流子为自由电子或空穴^[8]，主要是含有共轭结构的杂环和芳香环。离子型导电聚合物的导电聚合物主要是各种正负离子。复合型导电聚合物则是通过向高分子绝缘体中加入电解质离子或金属等可以导电的物质，再进行混合、分散、层积、表面处理等一系列操作复合而成，经过这一系列操作，复合型导电聚合物才具备了金属导电性。导电聚合物的机械性和高度可加工性决定了其必然具有广阔的应用市场。导电聚合物在电解电容器的电极材料、金属腐蚀防护、电致变色^[9]显示元件、光伏电池材料、化学和生物传感器、防静电等许多领域被广泛应用。

1.1.2导电聚合物的导电机理

绝缘体、半导体和金属的区别在于价带被电子填充的程度和能隙^[10]大小。能隙较小只能传导微弱电流的材料称为半导体。能隙大于3.0eV且价带填充的电子不能跃迁到导带的材料称为绝缘体。而导电聚合物的典型特征是存在共轭π键^[11]电子体系，即含共轭双键结构与带有未成键孤对电子的杂原子相互偶合结构，这类导电聚合物载流子是空穴或自由电子，载流子的定向迁移形成电流，因此大多数导电聚合物的电导率在半导体与绝缘体之间。导电聚合物的这种特殊的结构提供给载流子离域迁移的条件。光照和加热给单元中的电子提供足够能量，使得这些能隙较小的材料的电子可以从最高能级的价带跃迁至最低能级的导带层^[12]，然后沿着分子主链向正极迁移，从而形成电流。以这种形式导电的导电聚合物被称为本征态导电聚合物^[13]。虽然导电聚合物比一般的聚合物导电性要好，但导电能力仍然不高，仅仅是处于绝缘体和半导体之间。

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