乌学东团队在协同沉积图案化Ni-P合金薄膜取得进展
最近,该课题组对这一共沉积形貌的变化规律进行了更进一步的研究,对薄膜形貌的变化机理有了更深入的认识。他们通过对不同沉积时间下薄膜形貌和元素成分等信息的观察,认为薄膜形貌的产生是通过还原-放电过程(reducing-discharging process)来生长的。即薄膜在初始阶段,会有通过还原剂还原形成的纳米级颗粒零散分布在基底薄膜表面,使得平整的基底/沉积表面首次出现了一定的纳米级的粗糙度。根据尖端放电原理,由于表面变得更加粗糙,粗糙度比较大的颗粒曲率比较大,表面电荷分布比较集中电流密度偏大,电沉积速度比较快。这样就造成了沉积速率在基底表面的不均匀,直接引起了之后表面形貌的产生。
同时,薄膜的生长过程还结合不稳定生长理论(the theory of unstable growth process)进行了解释。根据这一理论,电解液中扩散传质过程容易在沉积表面引起任意形状的凸起,进而增强了沉积薄膜表面形貌的不稳定性。沉积过程产生的波动造成表面形貌进一步变化。协同沉积过程通过XPS对表面元素价态的分析也可以进行验证。通过对薄膜中P元素的价态分析,发现P元素除了以零价态的形式存在外,还有一部分的价态形式与亚磷酸根中P的价态形式相吻合。而薄膜中亚磷酸根的存在即可证明电解液中发生了还原反应(次磷酸根与镍离子发生还原反应,产生亚磷酸根)。这一结果为协同沉积提供了直接的强有力的证据。
该研究工作还表征了沉积薄膜的疏水性能,该薄膜具有超疏水低接触角滞后等优异的性能。结合镍合金本身良好的防腐蚀性能,这一图案化薄膜在防腐方面具有应用价值的潜力。同时,图案化形貌的存在,不利于微生物在表面的吸附,也可以应用于防污领域。
该研究工作发表在美国化学会杂志ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6 (2), pp 1053–1060上(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am404590d)。
该工作得到了国家自然科学基金(No. 51105356, 51335010)的资助,浙江省创新团队(No. 2011R50006)和宁波市创新团队(No. 2011B31023)的支持。
不同沉积时间对Ni-P合金薄膜表面形貌的影响的扫描电子显微镜照片
(a-f依次为 1 min、5 min、10 min、20 min、30 min、60 min的低放大倍数图片显示薄膜沉积的均匀性)
纯Ni薄膜(上)和图案化Ni-P合金薄膜(下)的生长示意图