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缓蚀剂界面行为与缓蚀机理的电化学及AFM研究

屈钧娥  
【摘要】:原子力显微镜(AFM) 对金属表面吸附的小分子在纳米尺度下的结构研究要在好的探针质量及高的基底平整度(单晶表面) 条件下才能实现,要实现粗糙表面单分子吸附层的AFM 定量研究,如金属/溶液界面缓蚀剂分子吸附行为的研究,尚面临许多问题。AFM 在腐蚀电化学研究中的应用大多局限于跟踪样品表面腐蚀形貌变化,在生命科学、高分子材料等领域已得到广泛关注及应用的一些AFM 物性(如表面塑性、硬度、粘着力、摩擦力等) 检测功能,在腐蚀尤其是缓蚀剂领域的应用目前尚处于起步阶段。因而建立可对粗糙多晶表面缓蚀剂吸附行为表征的方法,以及利用和开发AFM 各种表面物性检测功能对金属/溶液界面缓蚀剂的作用机制进行研究,对从微观角度理解缓蚀剂缓蚀作用机理具有重要的理论和实际意义。 论文对十二烷基硫醇(C12SH) 在多晶粗糙金电极表面的自组装吸附行为进行了电化学、分形以及AFM 力曲线的研究。结果表明随自组装溶液中硫醇浓度增加,金表面自组装膜更为有序、致密; 而AFM 相图上相位对比和分维值呈现出先增大后减小的规律,反应了金表面由单金属相转变为两相共存,后又主要为自组装膜相的过程。试样表面测得的粘附力数值分布呈现规律性变化,所揭示的C12SH 在不同浓度条件下的吸附行为与电化学实验、分形分析的实验结果很好地吻合,证明AFM 相图分形分析和AFM 力曲线可以定量地表征多晶金膜表面硫醇自组装膜的吸附。 应用电化学方法、分形理论、AFM 力曲线测试等手段研究了十二烷基磺酸钠(SDS) 在粗糙多晶铝表面的吸附行为。结果表明超过临界胶束浓度后,SDS 缓蚀膜对铝在HCl 溶液中的缓蚀效率不再显著增加。随SDS 浓度增大,相图上相位对比和分维值呈现出先增大,生成胶体后又减小的规律,反应了铝表面由单金属相转变为两相共存,后又主要为缓蚀膜相的过程。粘附力数值的分布所揭示的SDS 在不同浓度条件下的吸附行为与电化学实验、分形分析的实验结果很好地吻合,证明AFM 相图分形分析和AFM力曲线同样可以定量表征粗糙多晶活性金属表面有机单分子缓蚀膜的吸附。


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