电沉积镍合金镀层表面微纳结构调控机制研究

In this program, the formation mechanism of surface micro-nao morphology of Ni alloy coatings will be investigated. Two kinds of mechanisms of nucleation, instantaneous nucleation and progressive nucleation, will be studied via electrochemical polarization, AFM, and chronoamperometry. The influence factors of nucleation mechanism and their relationship will be discussed. The chemical deposition will be introduced to promote the domination of progressive nucleation, so as to obtain large area nano-structural surface coatings. This coating may exhibit high strength, and have potential applications in the fields of self-cleaning, drag and noise reduction, super hydrophobic surface, and separation of oil-water mixtures. The aims of this program are to provide some theoretical supports for synthesizing nano-structural surface by electrodeposition and to offer some information for expanding the application fields of electrodeposition.

本项目研究镍合金镀层表面微纳结构的形成机理。采用计时电流、原子力显微镜、电化学等方法，探讨逐步成核和瞬时成核两种不同成核方式的决定因素及内在相关性,揭示镍合金电沉积过程当中镀层的成核机理及生长过程。并利用外加化学沉积、优化工艺参数等方法,诱导镀层成核过程以逐步成核为主，通过控制镀层的生长速度、取向等，大面积可控制备具有微纳表面结构的镀层。这种镀层具有较好的强度，在超疏水、减阻降噪、防污、油水分离等领域有着潜在的应用前景。项目旨在为电沉积方法制备具有微纳米结构的表面涂层提供理论支持，为拓展电沉积镀层的应用领域提供参考。

仿生材料由于具有自然界中某些生物生存所需的特殊功能，吸引了越来越多科研工作者的注意力。根据荷叶的超疏水低粘附或者玫瑰花瓣的超疏水超粘附性质制备的具有特殊浸润性的图案化薄膜得到了广泛的研究。由于材料表面特殊的浸润性，这一功能材料在微液滴转移、油水分离、流体减阻降噪、提高材料耐腐蚀性等领域具有广阔的潜在应用价值。目前超疏水薄膜多集中在有机材料，其在机械强度和耐候性方面具有固有的缺陷。由于电沉积和化学沉积研究历史较长，具有工艺成熟、操作简单、适合大面积生产等优势，其在金属和合金薄膜的研究领域中已经非常成熟。因此通过液相沉积的方式来制备图案化金属或合金薄膜，使其具有特殊的浸润性可以解决有机薄膜在机械强度和耐候性方面的缺陷。本项目通过液相沉积过程中的多场协同效应，成功制备出无需表面修饰便具有超疏水性质的金属合金薄膜，并研究了这一沉积体系的成核和生长机理。本项目主要研究了硫酸镍（金属盐）-次磷酸钠（还原剂）的多场耦合协同沉积体系。通过对体系的成核和生长机理的探究，对图案化薄膜的调控有了充分的认识。根据图案化薄膜的生长机理，设计出具有不同疏水和粘附性质的金属合金薄膜。通过对合金薄膜生长过程的调控，实现了对薄膜疏水性和粘附性的控制。最终，利用薄膜之间疏水性的差异，组装了微液滴转移器件，成功实现液滴从超疏水低粘附表面向一般疏水或者亲水表面的转移。本工作在液相沉积多场耦合作用调控涂层微结构方面做了深度的研究，为今后的不同表面结构的薄膜的液相沉积制备和不同浸润性质提供了理论基础和实验依据。