烏學(xué)東團(tuán)隊(duì)電化學(xué)－化學(xué)共沉積制備疏水性Ni-P合金膜
2014-04-09 16:52:22
admin
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據(jù)中科院網(wǎng)2014年3月12日訊 具有微納米多級(jí)形貌的圖案化薄膜具有特殊的親疏液性能，在海洋防污防腐等研究領(lǐng)域中占有很重要的位置。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所烏學(xué)東研究團(tuán)隊(duì)之前通過(guò)電化學(xué)－化學(xué)共沉積的方式得到了表面形貌可控的Ni-P合金薄膜，這一薄膜無(wú)需進(jìn)行低表面能氟化物的修飾即展現(xiàn)出了較強(qiáng)的疏水性能。
*近，該課題組對(duì)這一共沉積形貌的變化規(guī)律進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究，對(duì)薄膜形貌的變化機(jī)理有了更深入的認(rèn)識(shí)。他們通過(guò)對(duì)不同沉積時(shí)間下薄膜形貌和元素成分等信息的觀察，認(rèn)為薄膜形貌的產(chǎn)生是通過(guò)還原-放電過(guò)程（reducing-discharging process）來(lái)生長(zhǎng)的。即薄膜在初始階段，會(huì)有通過(guò)還原劑還原形成的納米級(jí)顆粒零散分布在基底薄膜表面，使得平整的基底/沉積表面首次出現(xiàn)了一定的納米級(jí)的粗糙度。根據(jù)尖端放電原理，由于表面變得更加粗糙，粗糙度比較大的顆粒曲率比較大，表面電荷分布比較集中電流密度偏大，電沉積速度比較快。這樣就造成了沉積速率在基底表面的不均勻，直接引起了之后表面形貌的產(chǎn)生。
不同沉積時(shí)間對(duì)Ni-P合金薄膜表面形貌的影響的掃描電子顯微鏡照片
（a～f依次為1min、5min、10min、20min、30min、
60min的低放大倍數(shù)圖片顯示薄膜沉積的均勻性）
同時(shí)，薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程還結(jié)合不穩(wěn)定生長(zhǎng)理論（the theory of unstable growth process）進(jìn)行了解釋。根據(jù)這一理論，電解液中擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程容易在沉積表面引起任意形狀的凸起，進(jìn)而增強(qiáng)了沉積薄膜表面形貌的不穩(wěn)定性。沉積過(guò)程產(chǎn)生的波動(dòng)造成表面形貌進(jìn)一步變化。協(xié)同沉積過(guò)程通過(guò)XPS對(duì)表面元素價(jià)態(tài)的分析也可以進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)薄膜中P元素的價(jià)態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)P元素除了以零價(jià)態(tài)的形式存在外，還有一部分的價(jià)態(tài)形式與亞磷酸根中P的價(jià)態(tài)形式相吻合。而薄膜中亞磷酸根的存在即可證明電解液中發(fā)生了還原反應(yīng)（次磷酸根與鎳離子發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生亞磷酸根）。這一結(jié)果為協(xié)同沉積提供了直接的強(qiáng)有力的證據(jù)。
純Ni薄膜（上）和圖案化Ni-P合金薄膜（下）的生長(zhǎng)示意圖
該研究工作還表征了沉積薄膜的疏水性能，該薄膜具有超疏水低接觸角滯后等優(yōu)異的性能。結(jié)合鎳合金本身良好的防腐蝕性能，這一圖案化薄膜在防腐方面具有應(yīng)用價(jià)值的潛力。同時(shí)，圖案化形貌的存在，不利于微生物在表面的吸附，也可以應(yīng)用于防污領(lǐng)域。
該研究工作發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)雜志ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6 (2), pp 1053–1060。工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 51105356, 51335010)的資助，以及浙江省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(No. 2011R50006)和寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(No. 2011B31023)的支持。