深共熔溶剂中纳米结构金属镀层的可控电沉积制备及性能研究

电化学沉积技术在功能导向纳米结构材料的可控制备领域有着广泛的应用前景。离子液体中进行电沉积制备纳米晶金属镀层不但可以避免水性溶剂中的析氢反应，有利于提高镀层的机械性能，而且对环境与可持续发展也具有重要意义。深共熔溶剂（Deep eutectic solvents）特指由季铵盐与氢键施主配位剂按比例构成的低熔点混合物，除了具有离子液体的共性以外，还具有合成简单、廉价和纯度高等优点，是电化学沉积纳米晶金属镀层的理想溶剂。深共熔溶剂中电沉积纳米结构镀层的微观结构与性能分析是此类材料得到应用之前急需解决的关键问题。本课题拟在深共熔溶剂型电解液中，开展纳米（孪）晶金属及合金镀层的"绿色"电化学制备研究，并对纳米晶的生长机理与镀层的力学性能、耐磨性能进行分析；揭示纳米晶金属镀层的变形机理与摩擦磨损机理，建立镀层微观结构与性能关联，为高性能纳米结构金属材料的设计与绿色制备技术提供新的理论和实验依据。

离子液体中进行电沉积制备纳米晶金属镀层不但可以避免水性溶剂中的析氢反应，有利于提高镀层的机械性能，而且对环境与可持续发展也具有重要意义。深共熔溶剂（Deep eutectic solvent）特指由季铵盐与氢键施主配位剂按比例构成的低熔点混合物，除了具有离子液体的共性以外，还具有合成简单、廉价和纯度高等优点，是电化学沉积纳米结构金属镀层的理想溶剂。深共熔溶剂中电沉积纳米结构镀层的微观结构与性能分析是此类材料得到应用之前急需解决的关键问题。本课题以深共熔溶剂作为电解液溶剂，系统开展了纳米结构金属及复合镀层的绿色化学可控制备研究。研究发现温度对氯化胆碱/乙二醇体系中电沉积Ni薄膜的微观结构影响显著，在室温下得到的薄膜有6 nm晶粒构成，并且具有较高的纳米硬度和应变速率敏感性；当电沉积在90°C进行时，获得的Ni薄膜由纳米片构成，并且不需要低表面能材料修饰就具有超疏水特性；同时还发现了深共熔溶剂的热致变色效应。提出通过乙二胺改善氯化胆碱/乙二醇体系中电沉积Cu薄膜的电解液稳定性。首次提出在深共熔溶剂中电沉积获得Ni-Co合金和Ni-P合金的制备途径，并对二元合金的形核机制和沉积机理进行了分析，发现Ni-Co合金的电沉积属于正常共沉积，区别于水性电解液中的异常共沉积。利用氯化胆碱/乙二醇体系的软模板效应，通过直流电沉积方法获得了具有储锂活性的Sn基薄膜，经分析认为此薄膜具有SnO2/Cu6Sn5的双层结构。本项目还将深共熔溶剂应用于离子热反应，拓展了深共熔溶剂在纳米结构粉体材料中的应用。利用氯化胆碱/尿素体系在受热情况下的化学缓释氨气效应，提出了利用离子液体还原氧化石墨烯的途径。此外，调控离子热工艺的反应温度和反应物，获得了多种具有纳米结构的镍基化合物，并系统分析此类产物的电化学反应活性。本项目的实施拓展了深共熔溶剂在材料制备加工中的应用，为高性能纳米结构金属材料的开发与绿色制备技术提供新的理论和实验依据。