关键字:单分子膜，技术，金属，研究

    0引言

    金属腐蚀是金属在环境中和腐蚀介质发生作用而使金属成为氧化状态的热力学自发过程,每年由于金属腐蚀而造成的经济损失占国民生产总值的1.5%～2.4%,在美国每年因腐蚀造成的损失高达上千亿美元[1],为了将腐蚀造成的损失降低到最低限度,采用涂层保护的方法是防腐蚀方法中应用最广泛也是最有效的措施。

    金属表面涂层保护方法很多,如有机涂料、镀层、缓蚀剂、磷化、钝化等。由于环境保护法规的强烈要求,传统的金属涂层保护及表面处理方法面临挑战,如在航空工业中广泛使用的铝材铬酸表面处理和含铬颜料底漆要求用无铬钝化技术取代;缓蚀剂方面,新的天然和植物来源的缓蚀剂受到关注,新的缓蚀机理和成膜方式研究活跃;钢铁表面涂覆处理前目前大多采用磷化技术,但是磷化工艺产生的沉渣,磷酸盐造成的水质富氧化污染,亚硝酸钠、重金属离子对水质的污染等也呼唤可取代磷化的新的表面处理方法。近年来已经有大量的新的环境友好的表面涂层技术的研究,如无机-有机杂化纳米膜层技术[1],导电聚苯胺防腐蚀涂层技术[2],自组装单分子膜(SAMs)技术[3]。由于SAMs技术其独特的性能引起了国内外广泛的关注,这一领域的研究非常活跃。自组装单分子膜是一种非常有前景的金属表面防护方法,是一种最有潜力的可替代磷化及铬酸钝化的金属表面预处理方法,此外它也可以作为缓蚀剂对金属起到暂时保护作用[4]。

    本文综述了自组装单分子膜技术在金属防护中的研究进展。介绍了自组装单分子膜技术在工程金属表面的研究进展及新的适合自组装的体系,它的研究开发必将使我们在更广阔的领域在更深层次寻找到新的有效的金属表面修饰和防腐蚀的方法。

    1自组装单分子膜的形成机理

    自组装单分子膜是近20年来发展起来的一种新型有机超薄膜技术[3]。自组装单分子膜的生成是一个自发的过程,将金属或金属氧化物浸入含活性分子的稀溶液中,通过化学键自发吸附在基片上形成的取向规整、排列紧密的有序单分子膜,制备方法简单且具有高的稳定性。SAMs从结构上可分为三部分,如图1所示,一是分子的头基,它与底材表面上的反应点以共价键(如Si—O键及Au—S键等)或离子键(如—CO2-Ag+)结合,该反应为放热反应,活性分子会尽可能占据底材表面的反应点;二是分子的烷基链,链与链之间靠范德华力作用使活性分子在固体表面有序且紧密排列,分子链中间可通过分子设计引入特殊的基团使SAMs具有特殊的物理化学性质,可以通过自主设计分子结构和表面结构来获得预期的界面物理化学性质;三是分子末端基团,如—CH3、—COOH、—OH、—NH2、—SH,—CH2—CH3及—CCH2等,其意义在于通过选择末端基团以获得不同物理化学性能的界面或借助其反应活性构筑多层膜[5]。可选择的分子头基、尾基结构提供了研究基材与分子界面膜排列和生长、附着、润湿性、腐蚀等现象的良好体系。

图1自组装单分子膜形成机理

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