基于次微米超微电极的高分辨原位电化学成像研究
发布时间：2021-11-09 13:31
腐蚀是一种金属材料与环境介质发生作用而引起破坏的经典电化学行为,通常包含多个电化学反应的耦合,且具有高度局域化特征。不锈钢由于其具备良好的耐蚀性,在能源化工,医疗器械,家用电器等诸多领域得到了广泛应用。作为局部腐蚀的主要形式之一,点蚀对不锈钢造成的破坏影响非常强大,因此对不锈钢点蚀的早期检测十分重要。长期以来的传统电化学检测手段和显微观测法很难实现点蚀过程的原位监测,难以将电化学原理与高分辨率表面成像相结合,获得的点蚀信息存在一定的局限性。因此能够原位、高精度的观察金属早期点蚀的动态演化过程对于深入研究金属腐蚀具有十分重要的意义。扫描电化学显微镜（Scanning Electrochemical Microscopy,SECM）作为电化学扫描探针技术之一,与超微电极（Ultramicroelectrode,UME）结合之后具有较高的空间分辨率和化学/电化学灵敏性,在原位研究有关金属钝化膜破裂,点蚀萌生和生长机理,腐蚀产物检测及形貌表征等方面具备独到的优势。论文首先研究了次微米超微电极的可控制备。通过P-2000激光拉制仪和BV-10磨针仪能够可控制备不同尺寸且性能良好的次微米超微电极,...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＳＥＣＭ的基本结构示意图
＾?—ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１．１?ＳＥＣＭ的基本结构示意图。??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＥＣＭ?ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??１．２．２?ＳＥＣＭ的操作模式??ＳＥＣＭ具有多种不同的操作模式［２２］，包括反馈模式（ＦｅｅｄｂａｃｋＭｏｄｅ）、产生??／收集模式（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ／Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ?Ｍｏｄｅｓ）、竞争模式（Ｒｅｄｏｘ?Ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ?Ｍｏｄｅ）??和电位模式（ＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃＭｏｄｅ）。其中产生／收集模式又可分为探针产生／基底??收集模式（Ｔｉｐ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ－Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，?ＴＧ／ＳＣ）、基底产生／探针收集模??式（ＳｕｂｓｔｒａｔｅＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ／ＴｉｐＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，?ＳＧ／ＴＣ）。而在所有模式中，反馈模式和??产生／收集模式是最先引入的［２３，５Ｇ］。自２０世纪９０年代初提最初被报道引入后，??为了适应不断扩大的应用，还开发了各种新的ＳＥＣＭ模式。??（１）反馈模式：在ＳＥＣＭ实验中最常用的操作模式是反馈模式。由于其广??泛的用途，它已被应用于几乎每一个ＳＥＣＭ领域。在反馈模式中，实验所需溶??液须含有氧化还原介质。以〇?＋?为例，当探针上面施加的电位足够还原??氧化性物种０时
Ｔｉｐ－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ／Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ－Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ?（ＴＧ／ＳＣ）?ｍｏｄｅ；?（ｂ）．?Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ／??Ｔｉｐ－Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ?（ＳＧ／ＴＣ）?ｍｏｄｅ．??（３）探针产生／基底收集模式（ＴＧ／ＳＣ）：如图１．３?（ｂ）所示为ＴＧ／ＳＣ模式??示意图。在ＴＧ／ＳＣ实验中，探针产生一种电活性物质，扩散到基底表面发生反??应而被捡测：??探针反应：＜９??基底反应：Ｏ?＋?ｎｅ－—／？??以上反应是ＴＧ／ＳＣ模式最简单的描述。探针保持在电极反应发生的电位，??而基底保持在另一个电位，在这个电位下探针反应的电活性产物将穿过探针／基??底间隙扩散到基底表面处发生反应从而被收集。ＴＧ／Ｓ?Ｃ实验可同时测量探针电流??（／Ｔ）和基体电流（／ｓ）。??ＴＧ／ＳＣ常用于研究均相化学反应速率，与ＳＧ／ＴＣ模式相反，由于基底通常??比探针要大得多，因此当探针与基体距离较小时（ｄ￥?２ａ），对于一个稳定的物种，??ＴＧ／ＳＣ模式下的收集效率接近１００％?（／Ｓ／／Ｔ?＞?０．９９）［５６］，而与１００％不同的收集效率??可以用来研究均质化学动力学［５７］。当探针同时发生两个或两个以上的电化学反??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]扫描电子显微镜成像模式在金属材料研究中的选用[J]. 杨显,胡建军,郭宁,何川,张雨晴,王静. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(07)
[2]扫描电化学显微镜的数值模拟和距离控制及其应用[J]. 曹发和,柳晓燕,朱泽洁,叶珍妮,刘盼,张鉴清. 中国腐蚀与防护学报. 2017(05)
[3]电化学测量技术在不锈钢点蚀研究中的应用与进展[J]. 王树立,龙凤仪,杨燕,汪敏慧. 腐蚀与防护. 2016(07)
[4]不锈钢点蚀行为及研究方法的进展[J]. 叶超,杜楠,赵晴,田文明. 腐蚀与防护. 2014(03)
[5]SECM基本原理及其在金属腐蚀中的应用[J]. 曹发和,夏妍,刘文娟,常林荣,张鉴清. 电化学. 2013(05)
[6]Corrosion behavior of aluminum alloys in Na2SO4 solution using the scanning electrochemical microscopy technique[J]. He-rong Zhou1,2) ,Xiao-gang Li1,2) ,Chao-fang Dong1) ,Kui Xiao1) ,and Tai Li1) 1) School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2) Beijing Key Laboratory for Corrosion,Erosion and Surface Technology,Beijing 100083,China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2009(01)
[7]空间分辨电化学技术用于研究金属局部腐蚀[J]. 林昌健,卓向东,冯祖德,杜荣归,田昭武. 电化学. 1999(01)
本文编号：3485444
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＳＥＣＭ的基本结构示意图
＾?—ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１．１?ＳＥＣＭ的基本结构示意图。??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＥＣＭ?ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??１．２．２?ＳＥＣＭ的操作模式??ＳＥＣＭ具有多种不同的操作模式［２２］，包括反馈模式（ＦｅｅｄｂａｃｋＭｏｄｅ）、产生??／收集模式（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ／Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ?Ｍｏｄｅｓ）、竞争模式（Ｒｅｄｏｘ?Ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ?Ｍｏｄｅ）??和电位模式（ＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃＭｏｄｅ）。其中产生／收集模式又可分为探针产生／基底??收集模式（Ｔｉｐ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ－Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，?ＴＧ／ＳＣ）、基底产生／探针收集模??式（ＳｕｂｓｔｒａｔｅＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ／ＴｉｐＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，?ＳＧ／ＴＣ）。而在所有模式中，反馈模式和??产生／收集模式是最先引入的［２３，５Ｇ］。自２０世纪９０年代初提最初被报道引入后，??为了适应不断扩大的应用，还开发了各种新的ＳＥＣＭ模式。??（１）反馈模式：在ＳＥＣＭ实验中最常用的操作模式是反馈模式。由于其广??泛的用途，它已被应用于几乎每一个ＳＥＣＭ领域。在反馈模式中，实验所需溶??液须含有氧化还原介质。以〇?＋?为例，当探针上面施加的电位足够还原??氧化性物种０时
Ｔｉｐ－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ／Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ－Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ?（ＴＧ／ＳＣ）?ｍｏｄｅ；?（ｂ）．?Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ／??Ｔｉｐ－Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ?（ＳＧ／ＴＣ）?ｍｏｄｅ．??（３）探针产生／基底收集模式（ＴＧ／ＳＣ）：如图１．３?（ｂ）所示为ＴＧ／ＳＣ模式??示意图。在ＴＧ／ＳＣ实验中，探针产生一种电活性物质，扩散到基底表面发生反??应而被捡测：??探针反应：＜９??基底反应：Ｏ?＋?ｎｅ－—／？??以上反应是ＴＧ／ＳＣ模式最简单的描述。探针保持在电极反应发生的电位，??而基底保持在另一个电位，在这个电位下探针反应的电活性产物将穿过探针／基??底间隙扩散到基底表面处发生反应从而被收集。ＴＧ／Ｓ?Ｃ实验可同时测量探针电流??（／Ｔ）和基体电流（／ｓ）。??ＴＧ／ＳＣ常用于研究均相化学反应速率，与ＳＧ／ＴＣ模式相反，由于基底通常??比探针要大得多，因此当探针与基体距离较小时（ｄ￥?２ａ），对于一个稳定的物种，??ＴＧ／ＳＣ模式下的收集效率接近１００％?（／Ｓ／／Ｔ?＞?０．９９）［５６］，而与１００％不同的收集效率??可以用来研究均质化学动力学［５７］。当探针同时发生两个或两个以上的电化学反??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]扫描电子显微镜成像模式在金属材料研究中的选用[J]. 杨显,胡建军,郭宁,何川,张雨晴,王静. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(07)
[2]扫描电化学显微镜的数值模拟和距离控制及其应用[J]. 曹发和,柳晓燕,朱泽洁,叶珍妮,刘盼,张鉴清. 中国腐蚀与防护学报. 2017(05)
[3]电化学测量技术在不锈钢点蚀研究中的应用与进展[J]. 王树立,龙凤仪,杨燕,汪敏慧. 腐蚀与防护. 2016(07)
[4]不锈钢点蚀行为及研究方法的进展[J]. 叶超,杜楠,赵晴,田文明. 腐蚀与防护. 2014(03)
[5]SECM基本原理及其在金属腐蚀中的应用[J]. 曹发和,夏妍,刘文娟,常林荣,张鉴清. 电化学. 2013(05)
[6]Corrosion behavior of aluminum alloys in Na2SO4 solution using the scanning electrochemical microscopy technique[J]. He-rong Zhou1,2) ,Xiao-gang Li1,2) ,Chao-fang Dong1) ,Kui Xiao1) ,and Tai Li1) 1) School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2) Beijing Key Laboratory for Corrosion,Erosion and Surface Technology,Beijing 100083,China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2009(01)
[7]空间分辨电化学技术用于研究金属局部腐蚀[J]. 林昌健,卓向东,冯祖德,杜荣归,田昭武. 电化学. 1999(01)
本文编号：3485444
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