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空间分辨腐蚀电化学研究方法进展——林昌健 厦门大学

发布日期:2018-02-26 00:00:00 [返回列表]

金属 / 溶液界面不均一性对金属腐蚀电极行为的影响是至关重要的,有时甚至可起决定性的作用。传统电化学方法均是以整个电极为研究对象,以电信号为激励和检测手段,通过解释而获得有关腐蚀电极过程间接、统计和面积平均的研究信息。因此难以实现对表面不同位置的腐蚀电化学特性的定域或扫描测量 , 也不能获得有关微区形貌结构和化学微环境信息 ,从而限制了对许多复杂腐蚀电化学体系的深入研究。发展具有空间分辨度的腐蚀电化学新技术,研究金属表面或金属/溶液界面的电化学不均一性,探明腐蚀电化学过程的定域效应及动力学规律,有利于深入揭示复杂电化学体系的本质和机制,推进电化学科学进入空间分辨和分子水平的研究,已成为当前国际上一个最重要研究热点和趋势。

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随着科学技术的进步 , 已发展了不少具有空间分辨的谱学显微技术 ,为金属局部腐蚀的深入研究提供了强有力的工具。非现场空间分辨的谱学技术主要有扫描电镜、X- 射线能量色散分析、扫描 Auger 能谱、场离子显微镜、原子探针及质子探针等,通常要求样品必须在高真空条件下测量 , 因此难以研究局部腐蚀的动态过程。 现场空间分辨的谱学技术 , 如扫描探针显微镜、扫描 Raman 光谱及扫描红外光谱等 , 可在电化学现场测量腐蚀电极表面空间形貌、化学物种、形态及其取向分布等 , 从原子或分子水平研究局部腐蚀的动态过程。现场空间分辨谱学技术还有扫描探针显微技术 (SPM) 主要包括扫描隧道显微镜 (STM) 和原子力显微镜 (AFM)、扫描椭圆术、扫描光电流谱、扫描 Kelvin 探针、扫描电化学显微镜(SECM)及扫描微电极技术等 , 可直接研究腐蚀过程表面钝化膜光电特性分布、电化学不均一性及局部腐蚀行为。


为了从高空间分辨水平认识组分—结构—化学活性之间的综合信息的相互关联,国际上已开始探索研制各种原位探针的联用技术,试图同时测量微区形貌结构、化学组分及腐蚀电化学特性,这些极具创新性的复合型扫描微探针联用技术的研究在国际上虽然还只是刚刚起步,但已受到国际间极大的兴趣和重视。

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扫描微电极技术(SMET)是通过测量金属 / 溶液界面电场分布直接原位检测金属表面或金属 / 溶液界面的电化学不均一性 , 指示腐蚀电极表面二维方向的微区电化学活性点位置和活性大小,跟踪活性点变化过程及影响因素。扫描微电极技术可用于研究多种形式的局部腐蚀,如点腐蚀的发生、发展过程机理,缝隙腐蚀的消长,应力腐蚀开裂的前驱电位效应,焊缝腐蚀行为,缓蚀机理及材料耐局部腐蚀的评测等。 近年来发展复合型扫描微电极探针,譬如 SMET/SPM 复合探针、多功能扫描微参比电极、复合型扫描微 Cl - 电极、复合型扫描微 pH 电极等,可获得原位测量金属 / 溶液界面有关局部腐蚀过程的局部区域的微观形貌、腐蚀电化学活性、微区化学环境等更多重要信息的二维分布 , 进而可扩展研究体系,同时还可大幅度提高测量分辨度,有利于直接跟踪金属 / 溶液界面微化学环境的不均一性及其与材料表面局部腐蚀破坏过程的内在关系 , 综合研究金属局部腐蚀破坏过程机理。