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铜/低密度聚乙烯复合材料在模拟宫腔液中的电化学阻抗谱研究

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1 绪论

1.1 IUD发展概况

1.2 金属/聚合物复合材料的腐蚀行为研究

1.3 电化学阻抗谱在金属/聚合物复合材料研究中的应用

1.4 小分子在金属/聚合物复合材料中的扩散研究方法

1.5 存在的问题及展望

1.6 本论文的研究目的与构思

2 实验材料和仪器

2.1 实验材料

2.2 电极的制备

2.3 实验设备

2.4 物理表征及化学测试

2.5 电化学测试

3 Cu/LDPE复合材料在模拟宫腔液中的电化学阻抗谱研究

3.1 实验方法

3.2 微米与纳米复合材料在SUS中的电化学阻抗谱

3.3 微米与纳米复合材料的XRD图谱比较

3.4 微米与纳米复合材料的电化学参数比较

3.5 本章小结

4 不同含量微米铜复合材料在NaCl溶液中的阻抗谱研究

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 微米Cu/LDPE在NaCl溶液中的扩散系数研究

4.4 本章小结

5 扰动对阻抗谱测试的影响

5.1 实验原理

5.2 不同扰动的测试结果比较

5.3 两种扰动的测试结果随时间变化的比较

5.4 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文

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摘要

宫内节育器(Intrauterine Device,IUD)是一种安全、有效、经济、可逆、简便的避孕工具,也是全球使用最广泛的方法之一。铜/聚乙烯复合材料就是一种新型载铜IUD材料,因其具有多种优点而成为目前IUD研究的热点,目前关于金属/聚合物复合材料的研究中,高电阻、分散型复合材料的研究较少,用电化学阻抗谱研究金属/聚合物复合材料的也较少。
  本文通过电化学阻抗谱法研究铜/聚乙烯复合材料在模拟宫腔液中的腐蚀行为以及铜离子在复合材料中的扩散行为,同时研究了这种新型材料在进行测试时“扰动”对阻抗谱的影响。研究发现微米铜复合材料的弥散效应小于纳米铜复合材料,而产生这一现象的原因有待进一步研究;纳米铜复合材料的反应速率小于微米铜复合材料,这将有助于延长IUD的使用寿命;纳米铜复合材料的扩散阻抗明显小于微米铜的扩散阻抗,使得铜离子更容易从材料中扩散出来。
  对于不同含量微米铜复合材料浸泡在NaCl溶液中,随着颗粒铜含量的增加,其扩散系数逐渐减小,铜离子在复合材料内部的扩散系数的数量级在10-12cm2s-1左右,在浸泡后期铜离子主要通过材料内部形成的孔洞扩散。
  对于在阻抗谱测试中遇到的前期数据不能利用的问题进行了扰动的研究,研究结果表明,在一定范围内增加扰动可以得到比较平滑的曲线,且对阻抗谱图影响不大,但超过范围后将会使阻抗谱图变形,不能真实反应材料体系的特性,在浸泡前期加大扰动幅度对实验结果的影响较小,但是到了后期由于电极导通,增大扰动对相位角的影响很大,导致阻抗图与5mV扰动的图谱偏离较大。对比两个扰动的阻抗图可以发现,大扰动的阻抗图的扩散特征更加明显。由此研究可以知道,在薄膜电极的阻抗谱测试过程中,前期可以采用50mV的扰动,在达到饱和点之后改用5mV的扰动,这样既不影响测试结果还可以有效利用浸泡前期的数据。
  电化学阻抗谱在高电阻、分散型金属/聚合物复合材料的腐蚀行为研究中是一个非常有力的工具,由于这一材料体系的特殊性(阻抗大且材料不导电),可以选用薄膜电极进行研究,这样主要是考虑到薄膜饱和的时间比较短,可以在短期内得出数据;其次是薄膜的厚度与涂层的厚度相当,水在涂层中的扩散行为已经研究的比较透彻,因此可以借用涂层的研究方法来研究铜离子在复合材料中的扩散行为。

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