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科学研究
 
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Advanced Material | 电沉积过程中的电雕刻相关研究
发布者:管理员 日期:2018/10/30 浏览次数: 4541次

引言:

    微纳米结构的可控合成在材料、化学、工程等领域具有极其重要的意义。湿化学合成已经发展为一种高效的液相中单分散的微纳米结构的可控合成方法。然而,在某些应用领域需要在衬底上可控合成微纳米结构。电沉积已经有两百多年的历史,因为其简单的操作流程和不需要昂贵仪器,已被工业上广泛应用于在导电衬底上制备各种材料涂层。然而,电沉积很难因此也极少应用于可控制备微纳米颗粒。电腐蚀也具有悠久的研究历史,其中一个在微纳米材料领域中的代表应用是多孔氧化铝模板的制备。电沉积和电腐蚀可分别归类为一种“增材”和“剪材”制造方法,然而迄今尚未见报道刻意的将电沉积和电腐蚀结合起来制备复杂微纳结构的研究。


成果简介:

    最近,浙江大学杨士宽研究员课题组及其合作者将“增材”制造的电沉积和“剪材”制造的电腐蚀结合起来,在导电衬底上实现了一系列微纳复杂结构的可控构筑。实验和理论模拟结果表明,电沉积过程中的电腐蚀来源于电极表面附近区域pH值的显著变化。通过改变电化学参数可以实现对电沉积生长速度和电腐蚀程度的有效控制,从而获得一些有趣的、未见报道的微纳米结构。这个研究大大增强了电化学在可控合成微纳米结构中的能力,使其能够与成熟的湿化学合成相媲美,甚至在某些情况下优于传统的湿化学合成方法,譬如制备与衬底有牢固结合力的微纳米结构。以电化学生长银氧笼状体(Ag7O8NO3)为例,展示了金字塔、凹面金字塔等结构的可控合成。这些结构本身以及衍生结构在表面增强拉曼散射检测等领域具有应用前景。该成果以题为Electrocarving during Electrodeposition Growth发表在Advanced Materials上,并被选为当期的封底。论文第一作者为浙江大学材料学院硕士研究生王艳玲和博士研究生赵丽研同学。


图文导读:

1:镀金硅衬底上银氧笼状体(Ag7O8NO3)八面体结构的合成及表征。


 

2:不同沉积电压和时间条件下的形貌演化过程。


 

3:电腐蚀过程存在的实验验证。


 

4:理论模拟及实验验证电沉积过程在阳极附近电解液的pH值变化。


 

5:改变电解液成份增强电腐蚀过程后沉积结构的形貌演化。


 

6:进一步增强电腐蚀和削弱电沉积过程后沉积结构的形貌演化。



小结:

综上,通过在电沉积过程中开创性的引入电腐蚀过程,实现了衬底上银氧笼状体结构的可控合成。这个合成理念可以推广到其它材料体系,大大增强了电化学方法在微纳米结构可控合成中的能力,使其可以媲美于甚至某些情况下优于传统的湿化学合成方法。


文章链接:Electrocarving during Electrodeposition Growth. Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adma.201805686. 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201805686

本文由课题组作者提供。

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