薄层液膜下及光照辐射条件下电化学调控制备Sol-gel薄膜

摘要

Sol-gel技术已经成为制备硅烷薄膜的一种常用方法，在金属材料表面防护预处理、电分析化学和生物传感器、催化薄膜、表面修饰与改性等领域有着广泛的应用。电化学辅助沉积法利用阴极“局部碱化”的机理，同时兼顾了sol-gel体系在酸性本体溶液中的稳定性和电极表面局部碱性区域内的聚合反应。由于此方法的优越性，近年来此技术已经得到了广泛的关注和发展。本文主要研究了在电极表面局部区域内电化学辅助沉积sol-gel硅烷膜，从理论和方法学上都进一步拓展了此技术的应用。主要研究工作包括:
　　 (1)基于溶液中物质传质动力学理论，在扩散层减薄的条件下，活性物质由于浓度梯度增大而加速扩散。利用这一原理，本论文尝试采用薄液膜装置，利用电极表面薄层溶液内的O2比常规本体溶液中的O2更容易扩散到电极表面，在阴极发生还原反应生成OH-催化剂的基本设想，以期促进硅烷成膜，进而制备得到了膜厚增加、致密性提高、耐蚀性能增强的硅烷膜。同时发现，一旦液膜厚度低于临界最佳值，液膜越薄引起整体溶液中的溶解氧含量下降，反而不利于成膜过程，导致耐蚀性能下降。
　　 (2)根据能带理论，p型半导体受光激发后产生电子-空穴对分离，导带(CB)中的电子在外加阴极电场作用下进入溶液发生还原反应而生成催化剂OH-，促进光照辐射局部区域内的OH-浓度升高并足以促进硅烷sol-gel组分的成膜，而未受光照的区域则由于阴极过程受阻，不能生成足够的OH-而不能成膜。通过光-电结合的技术，实现了在p型半导体表面光控阴极沉积硅烷sol-gel薄膜，拓展了阴极电沉积硅烷膜的应用。研究了光照强度、阴极电位和沉积时间对SiO2薄膜的成膜厚度、粗糙度以及氧化物颗粒尺寸的影响规律。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 Sol-gel硅烷成膜的原理

1．2 硅烷Sol-gel薄膜的制备方法

1．2．1 概述

1．2．2 旋涂法

1．2．3 浸涂法

1．2．4 浸渍提拉法

1．2．5 电泳法

1．2．6 电化学辅助沉积法

1．3 Sol-gel硅烷薄膜的应用

1．3．1 金属材料表面防护预处理

1．3．2 电化学和生物传感器

1．3．3 催化薄膜

1．3．4 表面修饰与改性

1．4 电化学辅助沉积Sol-gel硅烷膜的研究进展

1．4．1 电化学辅助沉积SiO2

1．4．2 电化学辅助沉积防护性硅烷膜

1．4．3 电沉积功能性硅烷复合膜

1．5 本论文的研究目的与意义

参考文献

第二章 实验部分

2．1 实验用主要试剂

2．2 Sol-gel膜的制备

2．3 Sol-gel硅烷膜的表征

2．3．1 耐蚀性能测试

2．3．2 物理表征

第三章 薄液膜下电化学沉积硅烷防护薄膜

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 基体预处理

3．2．2 硅烷前驱体溶液配置

3．2．3 薄液膜沉积装置

3．2．4 样品制备

3．2．5 样品表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 薄液膜下最佳沉积电位的选取

3．3．2 不同液膜厚度下沉积硅烷膜的性能

3．3．3 硅烷膜的物理结构与形貌

3．3．4 电化学动力学分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 光控电沉积二氧化硅薄膜

4．1 引言

4．2 实验内容和方法

4．2．1 基体预处理

4．2．2 Cu2O薄膜的制备

4．2．3 硅烷前驱体溶液配制

4．2．4 二氧化硅薄膜的光电沉积

4．2．5 电流—电位(I—V)特性测试

4．2．6 样品表征

4．3 实验原理

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 电沉积制备Cu2O的表征

4．4．2 光生电子促进阴极还原过程的机理

4．4．3 光照强度的影响

4．4．4 阴极电位的影响

4．4．5 沉积时间的影响

4．4．6 Cu2O基体的稳定性

4．4．7 光控调控薄膜的尺寸和形貌

4．4．8 光控电沉积基体的多样性

4．5 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

附录：攻读硕士期间取得的科研成果