阵列电极在腐蚀电化学中的应用

阵列电极技术是一种新兴的电化学研究技术,在各个领域都有广泛的应用。本文论述了阵列电极的发展与其在腐蚀电化学中的应用,重点论述了其在大气腐蚀下的应用,并对其未来发展进行了展望。     

微细阵列群电极电解加工关键技术研究

提出了基于阴极优化的微细阵列圆柱凸台群电极电化学腐蚀加工法。根据电化学腐蚀基本原理,通过有限元方法分析计算群电极电化学腐蚀加工过程中的电极表面电场分布,以电流密度分布均匀性为目标,优化设计阴极形状,并进行阵列群电极制备。在制备出直径均匀的阵列群电极的基础上,探索用局部涂胶保护法制备大长径比的盘状阵列群电极,用于微细孔电解加工,进一步提高电解加工的定域性。     

高长径比TiO_2纳米管阵列的制备及其电致变色与光电化学性能

采用NH4F-DMSO-甘油-H2O溶液体系的电化学阳极氧化法,经高温热处理后,在金属钛基板上制备了有序的Ti O2纳米管阵列薄膜。通过计时安培法、循环伏安曲线、光照开路电位谱和瞬态光电流谱技术对纳米管阵列电极的电致变色及光电化学特性进行了研究。结果表明,Ti O2纳米管为混晶组成,阵列薄膜具有大比表面积和高长径比。纳米管阵列电极具有稳定的阴极电致变色效应,快速的着色/褪色反应时间。与Ti O2纳米多孔膜电极相比,Ti O2纳米管阵列电极的光电流及光照开路电压都显著增加。     

二氧化钛纳米管阵列电极的光电化学性能研究

采用阳极氧化法在钛片上制备了垂直排列的TiO2纳米管阵列，利用SEMXRD对纳米管阵列的形貌和结构进行了表征，并通过电化学交流阻抗谱、光照开路电位谱和瞬态光电流谱技术对纳米管阵列电极的光电化学特性进行了研究。实验结果表明，TiO2纳米管的内径约为90nm，管壁约为10nm，纳米管阵列厚度约为500nm，经600℃退火处理后，转变为锐钛矿型与金红石型的混晶结构。光电测试结果表明，随着退火温度升高，TiO2纳米管阵列电极的界面电荷转移电阻减小，光电流逐渐增大，光照开路电压增大，至600℃达到最大，当退火温度继续升高，电极的光电性能急剧下降。与TiO2纳米多孔膜电极相比，光电性能显著提高，这主要归因于TiO2纳米管阵列更大的孔隙率和比表面积。     

硫化钴多孔疏松纳米针束阵列超级电容器电极材料在泡沫镍基底上的原位合成及电化学性能研究

在导电泡沫镍基底上通过一种简便的离子交换反应原位合成出了硫化钴多孔疏松纳米针束阵列并直接用作超级电容器的电极。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对其结构和形貌进行了详细的表征。同时运用循环伏安(CV)、计时电位分析(CP)、电化学阻抗谱(EIS)等方法对其在3 mol/L KOH电解液中的电化学性能进行了分析,结果表明这种在泡沫镍基底上原位生长出的Co9S8多孔疏松纳米针捆束阵列在4 A·g~(-1)的电流密度下具有高达1400 F·g-1的比电容和优异的循环稳定性能。这种电极材料之所以具有如此优秀的电化学性能,主要归因于Co9S8纳米针捆束阵列的多孔疏松结构与3D泡沫镍基底之间的协同效应可以有效的增加电极材料与电解液之间的接触面积和提高整个电极的导电性。     

微细阵列方形轴孔的电火花和电化学组合加工工艺研究

对微细阵列轴孔的电火花、电化学组合加工工艺进行了分析和研究.用微细电火花线切割机加工出3×3至10×10系列方形阵列电极,宽度在25～90 μm, 加工中采用降低加工电压、加工电流、进给速度和减小工作液冲击等方法,获得了质量较好的阵列电极,并分别利用微细电化学加工和微细电火花加工两种工艺方法进行阵列孔加工.在加工过程中通过适度间歇抬刀、超声振动、循环流动工作液等方法,较好地解决了微弧放电、排屑、加工区温度过高等加工难题,获得了质量较好的大小在30～100 μm相应的阵列孔,从而实现了微细阵列轴孔的电火花、电化学组合加工,为大规模微细阵列轴孔的加工开辟了高效、可行的新工艺方法.     

微细电加工应用技术研究

微细电加工要达到工业应用的目的,需兼顾加工效率和加工精度两方面的要求.以微细孔、微细三维结构的加工为目标,进行了微细孔电火花加工、三维微细结构电火花伺服扫描加工及微细电化学加工技术的研究开发.设计出微细电极的损耗补偿进给和导向机构,开发出三维微细结构的电火花伺服扫描加工工艺,研究了采用阵列微细电极的微细电化学加工方法.微细孔电火花加工可连续加工直径小至100 μm的孔.伺服扫描电火花加工可便捷地在小于1 mm2区域内加工出三维微细结构.提出的微细电化学加工技术路线拟将微细电解加工应用于阵列微细孔和三维微细结构的加工.     

阵列电极法测量聚合物／金属界面电位分布

提出一种微计算机控制的阵列电极技术,用于原位测量金属/聚合物界面电位分布。阵列电极由64根金属丝组成,它们相互绝缘、紧密排列,形成8×8阵列电极。由此可研究有关腐蚀物质如O_2、H_2O等在聚合物涂层中的传输过程,研究聚合物涂层的不均一性及缺陷分布以及研究聚合物/金属界面的腐蚀破坏的电化学机理。     

高性能氧化铱/铂纳米锥复合镀层研发成功

不久前,中科院深圳先进技术研究院医工所研究员吴天准团队研发出一种具有纳米结构的高性能氧化铱/铂纳米锥复合镀层。这种复合镀层有效解决了随着电极阵列化和集成化带来的高电化学阻抗、低电荷存储能力及低电荷注入能力的问题,并显著提高了神经电极的电刺激性能。相关成果在线发表于《电化学学报》上。该研究团队从改善电极稳定性及刺激     

纳米阵列和纳米晶薄膜锡电极性质的电化学研究

采用氧化铝为模板的电化学沉积方法制备锡纳米阵列电极,用扫描电镜和X射线衍射仪表征电极微观形貌结构,并采用循环伏安和交流阻抗研究电极嵌锂过程,同时研究纳米晶锡薄膜电极和轧制锡箔电极.结果表明:纳米阵列电极与锡薄膜、锡箔电极具有不同交流阻抗谱特征,锡纳米阵列电极在中频区出现双电层阻抗,与其电解液/电极接触面积较大有关;不同微观结构形态下锡电极的电化学反应表面阻抗相差大于一个数量级,锡纳米阵列的表面膜电阻为19.8～14.6 Ω·cm2;锡纳米阵列电极上的锂离子扩散速率最大,0.2V嵌锂电位下扩散系数为10-10 cm2·s-1;采用纳米阵列结构使电极具有很高电的化学活性.     

高性能氧化铱/铂纳米锥复合镀层研发成功

不久前,中科院深圳先进技术研究院医工所研究员吴天准团队研发出一种具有纳米结构的高性能氧化铱/铂纳米锥复合镀层.这种复合镀层有效解决了随着电极阵列化和集成化带来的高电化学阻抗、低电荷存储能力及低电荷注入能力的问题,并显著提高了神经电极的电刺激性能.相关成果在线发表于《电化学学报》上.     

钛基材上制备TiO2纳米管阵列电极的电化学性能

在0.5%(质量分数)NH4F/甘油电解液中通过恒压阳极氧化法在钛基体上制备TiO2纳米管阵列.采用循环伏安法、紫外-可见吸收光谱、顺磁共振波谱仪和傅立叶红外谱对TiO2纳米管阵列的表面性能进行了表征.结果表明:TiO2纳米管阵列电极可发生两个光化学过程,测得的电化学激发能?EOH/?OH＞1.643 V,对应的吸收光波长λ＜853 nm;TiO2纳米管阵列电极光化学性能变化是由于在电极表面发生Ti3+与Ti4+转化的过程中形成了·OH.     

锡电极嵌锂过程的交流阻抗谱

采用交流阻抗谱研究锡电极的首次嵌锂和第二次嵌锂过程,对比锡纳米阵列电极、锡薄膜电极和锡箔3种不同材料微观结构对电极交流阻抗谱特征的影响。用等效电路模型分析交流阻抗谱,得到嵌锂过程电化学特征参数与电位关系。结果表明:锡纳米阵列电极与锡薄膜、锡箔电极具有不同交流阻抗谱特征,锡纳米阵列电极在中频区出现双电层阻抗;首次嵌锂时在1.6~0.8 V之间形成固体电解质膜(SEI);电极材料微观结构显著影响锡电极的SEI膜电阻、Warburg阻抗和锂离子扩散速率;锡纳米阵列电极上的SEI膜电阻和Warburg阻抗最小,锂离子扩散能力最强;锡纳米阵列电极上锂的扩散系数为4.4×10-15~1.4×10-11 cm2/s;锂扩散系数随电位变化显著。     

高性能氧化铱/铂纳米锥微电极表面修饰镀层研发成功

前不久,中国科学院深圳先进技术研究院医工所微纳中心研究员吴天准及其研究团队成功研发出一种具有纳米结构的高性能氧化铱/铂纳米锥复合镀层。这种高性能复合镀层有效解决了随着电极阵列化和集成化带来的高电化学阻抗、低电荷存储能力及低电荷注入能力的问题,并显著提高了神经电极的电刺激性能。     

短期贮存对金属铜腐蚀电化学行为的影响

采用动电位极化(PDS)、电化学阻抗谱(EIS)、电容测量以及阵列电极等技术研究了Cu的短期贮存对其腐蚀电化学行为的影响。结果表明,金属Cu表面膜呈现p型半导体结构,经过短期贮存后载流子浓度减小,腐蚀电位正移,腐蚀电流密度下降,表面膜对腐蚀阴极过程、阳极过程均有抑制作用。Cu在NaCl液滴下呈现典型的局部腐蚀特征;经过贮存后,电极表面润湿性减弱,腐蚀活性降低,总体平均腐蚀强度减弱,但是局部腐蚀强度反而增强。     

电厂热力设备用黄铜的阴极保护研究

采用电化学方法测量黄铜电极的极化曲线和在不同电位下的电化学交流阻抗,建立了确定其阴极保护电位范围和最佳保护电位的方法;并用显微镜观察电极表面形貌的变化,测量各保护电位下电极阻抗值等手段对确定的参数下的阴极保护状态进行了验证。结果表明,采用极化曲线和电化学阻抗谱可以确定金属材料的在给定的条件下的阴极保护参数。     

基于高速铣削的微细电极加工方法

微模具型腔的高效、高精密加工,一直是制约微模具制造技术发展的瓶颈问题.以微细 电火花加工用的圆柱阵列结构微细电极为对象,研究了应用高速铣削加工技术,实现微细电极的高效、高精密加工方法.通过优化分析微细电极结构和高速铣削加工参数及刀具路径,获得了尺寸和形状精度及表面质量均满足要求的阵列结构微细电极,并以制得的微细电极进行...     

X70管线钢在热带海水-海泥跃变区的腐蚀行为研究

利用阵列电极技术、线性极化和电化学阻抗等电化学分析技术及腐蚀形貌观察和腐蚀产物物相分析,研究了X70管线钢在海水-海泥跃变区中的腐蚀行为与规律。结果表明,X70管线钢在海水-海泥跃变区形成宏观氧浓差电池,海泥区域及近海水-海泥界面的海水区域为电偶腐蚀阳极区域,海水区域为电偶腐蚀阴极区域;腐蚀后期阶段,海泥下部的电极变为阴极,成为主要的阴极反应区域。海水中的电极腐蚀速率大于海泥中的,而在近海水-海泥界面的区域形成了腐蚀电流峰。海水中高含量的溶解氧促进了电极表面腐蚀产物层的致密化,电荷转移电阻增大;在腐蚀后期,海泥底部硫酸盐还原菌参与了腐蚀反应,生成了硫化物,导致阴极电流密度增大,加快了整个电极的腐蚀速率。     

电火花摇动加工微细阵列轴和孔的试验研究

针对微细阵列轴和孔的电火花加工,提出了利用数控电火花加工机床摇动功能的摇动加工微细阵列轴和孔的方法.此法是基于电火花反拷贝加工的原理,先用丝电极在薄平板(中间电极)上按要加工的阵列轴和孔间距或数倍间距加工阵列小孔(直径0.1 mm以上),然后用加工的薄平板(中间电极)作电极,电火花摇动加工微细阵列轴(电极),最后用此微细阵列电极加工阵列孔.进行了电火花摇动加工微细阵列电极试验,得到了单电极直径为50 μm、长径比为16的3×3阵列电极,并用此电极在70 μm厚的不锈钢板上加工出单孔直径为70 μm的3×3微细阵列孔.试验结果表明,电火花摇动加工方法可实现微细阵列轴和孔的加工.     

导电高分子涂层防腐行为研究中的电化学方法

综述了国内外在导电高分子涂层防腐研究中一些常用和新颖的电化学方法.简要介绍了腐蚀电位、极化曲线、电化学阻抗谱、电化学噪声、非接触参比电极、阵列电极等电化学方法,介绍各种方法的测试原理、过程和适用范围.并建议将不同测试方法配合使用,将有助于全面、准确地评价导电高分子涂层的防腐行为.