Kelvin探针测量技术在电化学研究中的应用进展

Kelvin探针测量技术被引入到腐蚀研究领域后,成为研究薄液膜和有机涂层下金属腐蚀的有力电化学工具和手段.Kelvin探针技术与原子力显微镜技术相结合产生出扫描Kelvin探针力显微镜,使Kelvin技术在材料研究和腐蚀领域得到了更好的应用.本文简述了Kelvin探针技术的测量原理和装置,重点综述了近十年来该技术在电化学研究中的应用进展.

应用Kelvin探针研究不锈钢焊接区的耐蚀性

用扫描Ｋｅｌｖｉｎ探针技术测定了不锈钢焊接接头的形貌和伏打电位差分布。

扫描Kelvin探针表面电位特征参数在有机涂层劣化研究中的应用

为了研究扫描Kelvin探针表面电位技术在有机涂层劣化研究中的应用并选择合理的评价特征参数,结合使用电化学阻抗谱EIS和扫描Kelvin探针(SKP)技术研究了有机涂层在3.5%NaCl溶液中的劣化过程,分析了有机涂层劣化过程中扫描Kelvin探针表面电位分布数特征参数Vmin、Vmax-Vmin的变化规律,并首次提出了表面电位梯度最大值gradmax这个特征参数。结果证明,扫描Kelvin探针特征参数gradmax、Vmin,Vmax-Vmin和电化学阻抗谱具有很好的相关性,扫描Kelvin探针特征参数能够很好地用来评价有机涂层劣化,表面电位梯度最大值gradmax可以用来研究有机涂层下金属腐蚀发生的趋势和速度。

利用Kelvin探针力显微镜研究纳米尺度下n-AlGaN/GaN薄膜的表面电荷性质

利用真空Kelvin探针力显微镜(KFM)研究了纳米尺度下n-AlGaN/GaN薄膜的表面电荷性质并进行了定量测量.结果表明,n-AlGaN/GaN薄膜的表面位错均为电活性的受主型表面态,所捕获电荷的区域远远大于表面位错的大小,其表面电势与GaN薄膜表面电势的最大差值达到590 mV.在光照下,n-AlGaN/GaN薄膜的表面电荷发生了明显的光生电荷重新分布现象.

扫描Kelvin探针力显微镜:工作原理及在材料腐蚀研究中的应用

扫描Kelvin探针力显微镜(SKPFM)是在原子力显微镜(AFM)的基础上应用扫描Kelvin探针(SKP)技术开发的检测表征手段,它能够在获取材料表面纳米级分辨率形貌的同时,原位得到样品表面高分辨率的接触电势差分布图,为揭示腐蚀反应机理提供了崭新的思路,近年来发展迅速。本文介绍了SKPFM两种工作模式的基本原理,总结了SKPFM在应用中的问题,并讨论了SKPFM和传统扫描Kelvin探针技术(SKP)的优缺点,重点综述了SKPFM在腐蚀科学研究中的应用,最后展望了SKPFM的发展方向与应用前景。

利用Kelvin探针进行金属薄液层下电化学测量

利用线性回归法测Ｋｅｌｖｉｎ电位装置对铜，锌及碳钢进行了阴极极化曲线测试和腐蚀电位随相对湿度变化的监测结果表明阴极极限电流密度随液膜厚度的减小而增大金属腐蚀电位随相对湿度增加而下降．

ZnO表面光伏行为的Kelvin探针表征

利用Kelvin探针通过测量电子功函数来表征半导体表面光伏行为及其能级结构特性.首先由Kelvin探针测量原理建立了表征表面光伏行为的理论方法,然后用CVD法在Pt基底上制备了ZnO半导体薄膜,再利用紫外光作为激发光源实现光伏效应,最后应用Kelvin探针表征其光伏行为的演化过程.

室温下Kelvin探针力显微镜分析离子液体的界面（英文）

研究离子液体阳离子和阴离子在界面的排列具有意义,因为它们能够影响离子液体在界面的表面结构和属性。作为一种扫描探针显微技术,Kelvin探针力显微镜(KPFM)在本文中被用于室温下离子液体界面性质的研究。离子液体氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)([Bmim]Cl)在本文中被用作研究对象。实验中,[Bmim]Cl被选择性地固定在亲液的化学修饰表面,形成超薄的固态吸附层和液滴。由于表面电势能够用于直接指示表面偶极子,因而对于检测分子的取向十分有用。利用KPFM获得的表面电势图表明[Bmim]Cl离子液体在气液界面(当离子液体以液滴形式存在)和气固界面(当离子液体以固态吸附层形式存在)呈现出不同的分子排列。我们的研究表明Kelvin探针力显微镜能够用于表征离子液体在界面的分子排列。

扫描Kelvin探针研究破损环氧涂层下碳钢的腐蚀行为

采用扫描Kelvin探针技术(SKP)对中性盐雾环境条件下破损环氧涂层的碳钢的腐蚀行为进行了研究.不同盐雾试验阶段的伏打电位变化规律的分析结果表明:环氧/碳钢涂层的缺陷为腐蚀介质提供了向碳钢基体传输的通道.破损处碳钢基体的电位比其邻近的膜下碳钢基体更负,成为阳极溶解发生区域.一定时间的盐雾试验后,破损处生成的未溶腐蚀产物可覆盖住裸露基体,使破损处向正的电位变化而成为阴极,而其附近的膜下碳钢基体电位变负而成为新的阳极区.同时,不断形成的新阴极和新阳极的电位差成为膜下腐蚀继续发展的驱动力.随着膜下腐蚀的进行,腐蚀介质和腐蚀产物在界面处大量聚集,破坏了环氧和碳钢基体的结合力,导致鼓泡和剥离现象的出现.

Cl^-作用下碳钢和耐候钢大气初期腐蚀的Kelvin探针研究

利用扫描Kelvin探针(SKP)技术,结合腐蚀产物的形貌分析和物相分析,研究了Q235碳钢和Q450耐候钢在盐雾腐蚀实验早期阶段的腐蚀行为和电位分布.结果表明,Cl-对碳钢有强烈的侵蚀作用,在盐雾腐蚀过程的初期,金属表面出现明显的阴极区和阳极区,表面电位随时间逐步正移,呈现局部腐蚀的特征,且由于合金元素的作用,Q450耐候钢腐蚀较为均匀,SKP测试的表面电位高于Q235碳钢,形成的锈层较为致密,耐大气腐蚀性能优于Q235碳钢.

AZ91D镁合金电偶腐蚀的扫描Kelvin探针研究

利用扫描Kelvin探针技术(SKP)研究AZ91D镁合金与316L不锈钢偶接件在盐雾试验中电偶腐蚀规律。通过在中性盐雾试验不同周期的表面腐蚀形貌的观察和伏打电位分布图的测量结果分析表明,AZ91D镁合金电偶腐蚀效应与偶接阴阳极的伏打电位差密切相关,AZ91D镁合金与316L不锈钢偶接件存在较大的电位差(约为–1.28V),其电偶腐蚀效应非常显著。在盐雾试验初始阶段,腐蚀主要发生在偶接界面AZ91D镁合金一侧,该腐蚀区域的伏打电位增加幅度较大,而316L不锈钢受到保护没有发生明显腐蚀。随着盐雾试验时间的延长,AZ91D镁合金腐蚀加快,腐蚀产物覆盖区域不断扩大,24h盐雾试验后,偶接件的平均伏打单位差由原始的–1.29V增加到–1.53V,AZ91D镁合金的电偶腐蚀效应加大。由于AZ91D镁合金在盐雾中生成的腐蚀产物对基体具有一定的保护作用,当腐蚀产物不断增加并覆盖表面,偶接件的电位差减小导致AZ91D镁合金的电偶腐蚀效应降低。

扫描Kelvin探针的电化学原理分析

1前言 探索局部腐蚀电化学过程,尤其是研究微观腐蚀电化学成为腐蚀与防护研究的关键科学问题之一,一些具有较好抗均匀腐蚀能力的材料往往容易发生点蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀。由于局部腐蚀不易被察觉,因而局部腐蚀比均匀腐蚀更加危险,

扫描Kelvin探针研究缺陷涂层的膜下腐蚀电化学行为

应用扫描Kelvin探针原位研究盐雾和干湿周浸环境中缺陷涂层膜下的腐蚀行为.结果显示:在两种腐蚀环境中,缺陷涂层均分为缺陷、阴极剥离及完好涂层区域;Kelvin电位的分布相同,缺陷处最高,完整涂层处最低.Kelvin电位分布峰的直径随时间的延长而增大,表明剥离区域扩大.干湿周浸环境中,Kelvin电位的最大值Vmax随时间变化不明显,Vmin在逐渐下降后达到谷值,随后升高;盐雾环境中由于电解质溶液持续扩散和盐雾颗粒极强的腐蚀性,Kelvin电位随时间的变化规律为Vmin在起始阶段达到最小值,随后升高.由Vmax-Vmin的变化规律得出,干湿周浸环境下腐蚀倾向性在试验开始5h后达到最大,而在盐雾环境下,试验开始阶段腐蚀倾向性就达到最大,且要高于干湿周浸环境.

基于扫描Kelvin探针和FT-IR的7B04-T74铝合金/涂层体系丝状腐蚀研究

对7B04-T74铝合金进行硫酸或铬酸阳极氧化后再喷涂底漆或底漆+面漆,从而制备4类试样,而后开展标准丝状腐蚀试验,利用扫描Kelvin探针(SKP)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术对7B04-T74铝合金/涂层体系的腐蚀行为和机理进行研究。光学显微镜观察发现4类试样上腐蚀丝的数量较少,且长度不超过3 mm,表明4类试样均具有较好的耐蚀性。SKP测试结果表明,4类试样跨划痕区域的伏打电位随试验时间的变化规律相似,划痕处与周围的涂层-金属界面之间的电位差引起丝状腐蚀的发生,腐蚀机理为阳极破坏;单个腐蚀丝的伏打电位值朝着头部降低,朝着尾部升高,头部和尾部之间的电位差促进腐蚀丝的传播。FT-IR分析显示丝状腐蚀产物的成分主要为Al(OH)3、Al2O_(3)和AlCl3及其部分水解产物,发生的电化学反应类似于7B04-T74铝合金在氯离子作用下的点蚀过程。对比分析结果表明,2种阳极氧化方式对丝状腐蚀的影响差异性较小。

扫描电化学微探针的发展及其在局部腐蚀研究中的应用

简要概述当前国内外具有空间分辨能力的扫描微探针技术及其在腐蚀研究中的应用,包括扫描微电极技术(SMET)、扫描电化学显微镜(SECM)、原子力显微镜(AFM)、扫描Kelvin探针技术(SKP)等,其中SMET、SECM、SKP及局部交流阻抗技术可直接测定腐蚀电极表面或界面电化学不均一性的分布图像,而原子力显微镜技术则是通过分子间作用力从纳米尺寸测量腐蚀过程表面形貌的变化.文中侧重介绍作者近年先后建立的具有微米空间分辨度的电化学微探针技术,并利用各种扫描探针技术研究金属/溶液界面电化学不均一性及其局部腐蚀过程.研究表明,空间分辨电化学方法的发展及应用,加深了人们对金属表面和金属/溶液界面电化学不均一性,特别是金属局部腐蚀发生、发展及过程机理的认识.

Heterojunction Effect in Weak Epitaxy Growth Thin Films Investigated by Kelvin Probe Force Microscopy

我们用凯尔文探查力量显微镜学调查在 para-sexiphenyl (p-6P ) 和铜酞毒(CuPc ) 之间的异质接面效果。CuPc 电影被一种弱取向附生生长技术在导致的层 p-6P 上种。凯尔文探查力量显微镜学的表面潜力图象显示在 CuPc 弯曲的乐队，它减少谷物边界障碍并且在 CuPc 层导致洞的累积。异质接面电影的表面上的电的潜在的分发在 CuPc 层显示出可以忽略的谷物边界障碍。在乐队在弱取向附生生长弯曲和谷物边界障碍之间的关系薄电影被揭示。[从作者抽象]

7A04铝合金在海洋大气环境中初期腐蚀的电化学特性

通过盐雾腐蚀试验模拟研究7A04铝合金在海洋大气环境中的腐蚀初期规律,采用电化学交流阻抗测试和扫描Kelvin探针技术,研究7A04铝合金在初期腐蚀过程中的电化学行为。结果表明:Cl-对铝合金腐蚀有显著的加速作用,盐雾试验初期表面出现点蚀坑;随盐雾时间增长,点蚀相互连接并扩展,电化学反应阻抗下降。扫描开尔文探针测试结果表明:随腐蚀的不断进行,金属表面阴极区和阳极区不断发生变化,呈现局部腐蚀的特征,表面电位也随时间逐渐升高,阴极区和阳极区逐渐变得明显,腐蚀反应处于不断加速过程。

有机涂层失效过程的电化学阻抗和电位分布响应特征

结合使用电化学阻抗谱(EIS)和扫描Kelvin探针(SKP)技术研究了在质量分数为3.5%的NaC l溶液中的铁基有机涂层劣化过程特征.结果表明,根据EIS和SKP的响应特征,可将涂层劣化过程分为3个主要阶段:(Ⅰ)涂层渗水阶段.此时,涂层渗水阶段的EIS阻抗持续减小,但保持单容抗弧特征,SKP特征是电位持续降低,但分布保持均匀;(Ⅱ)基底金属腐蚀发生阶段.此时,EIS阻抗快速下降,并产生第二时间常数;SKP特征为表面电位差增大;(Ⅲ)基底金属腐蚀发展与涂层失效阶段.此时,EIS出现扩散尾,SKP电位差保持较大数值.实验结果表明,在研究有机涂层劣化过程中,EIS和SKP的结合使用能够互相补充完善,获得涂层劣化过程中更为准确、可靠的变化信息.

基于表面电位测量的表面电荷反演计算

目前无法直接测量得到表面电荷分布,而必须根据测量结果进行复杂的表面电荷反演计算。为此,对表面电荷反演计算方法进行了研究。基于绝缘子表面电位测量,对日本学者Ootera等人提出的表面电荷反演计算方法进行了改进,将原先的对关联矩阵2次求逆简化为1次求逆。使用改进后算法,以直流电压下空气和SF6气体中盆式绝缘子表面电位的测量结果为算例,计算得到的自由电荷面密度空间分布与改进前算法的结果一致。与改进前算法相比,改进后算法进一步得到了绝缘子表面视在电荷与极化电荷的面密度分布,并发现同一气体环境下自由电荷与视在电荷面密度峰值有明显差异,空气中相差370pC/cm2,SF6气体中相差530pC/cm2。

霉菌环境下喷锡处理印制电路板的腐蚀行为

采用扫描Kelvin探针测试技术研究喷锡处理(Hot air solder level,HASL)印制电路板(Printed circuit board,PCB)在霉菌环境下的腐蚀行为;采用通过体视学显微镜、扫描电镜和能谱分析对印制电路板的霉菌生长和腐蚀情况进行观察和分析。扫描电镜和能谱结果表明,在湿热环境下,绳状青霉在喷锡处理PCB表面具有优先生长特性,表现为簇状菌丝体交织覆盖。PCB表面腐蚀产物脱落,出现漏铜现象。扫描Kelvin探针结果分析表明,喷锡处理PCB表面霉菌菌落区域作为腐蚀电池的阴极受到保护,而菌落边缘区域作为阳极发生腐蚀;扫描Kelvin探针测试技术可以用来表征霉菌环境下的印制电路板腐蚀行为,表征微区电极反应类型和腐蚀进程。