寧波材料所利用化學(xué)電化學(xué)協(xié)同沉積獲得圖案化疏水性可調(diào)Ni-P薄膜
液體在固體表面的潤濕行為是表面化學(xué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。對(duì)于固體表面，如果水在其上的接觸角（CA）大于150°，那么該表面具有超疏水性能；如果水在其上的接觸角（CA）接近0°，那么該表面具有超親水性質(zhì)。超疏水表面在實(shí)際生活中具有很多方面的用途，如超疏水低粘附表面，水滴的滾落可以將表面的塵埃等污物帶走，這種表面便具有自清潔性能。同時(shí)，由于水滴在超疏水表面上不能夠浸潤，降低了表面與水滴的接觸面積，使得超疏水表面具有很好的防腐蝕性能。除此之外，超疏水表面還具有油水分離、微液滴轉(zhuǎn)移、流體減阻等應(yīng)用價(jià)值。迄今為止，超疏水表面的制備方法有很多，比如凝膠-溶膠法，自組裝法、電沉積等等。其中電沉積具有操作容易，應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的用于粗糙表面的制備。
最近，中科院寧波材料所烏學(xué)東研究員課題組通過對(duì)電化學(xué)化學(xué)協(xié)同沉積的研究制備了圖案化疏水性可調(diào)的Ni-P合金薄膜。通過這一方法制備的薄膜形貌隨著沉積溫度的逐漸升高有規(guī)律地變化，疏水性能也隨之增強(qiáng)，從普通疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷?/p>
研究結(jié)果表明，共沉積方法可以明顯改變薄膜形貌。共沉積是指在同一溶液中電化學(xué)、化學(xué)沉積同時(shí)發(fā)生。在化學(xué)沉積過程中，Ni2+與還原劑，像H2PO2ˉ反應(yīng)，得到零價(jià)態(tài)的Ni；在電沉積過程中，Ni2+通過陰極表面的電子還原為零價(jià)態(tài)的Ni，如果在電沉積溶液中加入還原劑，那么在鎳離子被電子還原為鎳原子的過程中，過渡態(tài)的鎳有可能與溶液中的還原劑相遇，進(jìn)而發(fā)生還原反應(yīng)。由于過渡態(tài)的鎳與普通的鎳具有不同的能量與活性，導(dǎo)致這一還原反應(yīng)具有不同的速率。溫度對(duì)還原反應(yīng)的影響很大：溫度越高，化學(xué)反應(yīng)活性越大，高的化學(xué)反應(yīng)活性導(dǎo)致了鎳沉積過程的不均勻，最終得到了表面粗糙度隨著溫度逐漸變化的薄膜。
相關(guān)的研究成果發(fā)表在英國皇家化學(xué)會(huì)雜志上（Chem. Commun., 2013, 49 (24), 2424- 2426.）（IF=6.169），對(duì)于協(xié)同沉積的機(jī)理及對(duì)形貌的變化規(guī)律的系統(tǒng)性研究正在進(jìn)行中。(http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2013/CC/C3CC00207A)
該研究工作得到了浙江省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持和資助。
（a）80℃下制備的Ni-P薄膜SEM照片（插入圖片為放大圖）；
（b）該薄膜的XRD圖譜；（c）水滴在該表面的靜態(tài)接觸角光學(xué)照片；
（d）水滴在該薄膜表面滾落時(shí)的光學(xué)照片
不同溫度下制備的Ni-P合金薄膜的特征SEM照片，沉積溫度分別為：
a ) 65℃； b) 70℃； c) 75℃；d) 80℃
（表面事業(yè)部）