常温、低电压条件下电沉积类金刚石薄膜及生长机制研究

Diamond-like carbon film prepared by electrodeposition is gaining in popularity because of the simple preparation equipment and being easy to realize continuous production. However, most of the diamond-like carbon films were prepared at high temperature and high voltage with slow deposition rate. Thus, it is significantly important to prepare diamond-like carbon films at ambient temperature and low voltage conditions with fast deposition rate. Our project is focused on investigating the ability of halide acetic acid and cholines to provide the source of carbon by introducing halide to enhance the polarizing power of methyl on acetic acid and adding choline as additives. Meanwhile, it is focused on the influences of halides and cholines on the structures, crystal orientation, and growth of diamond-like carbon film resulted from the changes in double layer structure and interface characteristics on the interface of the electrode and the solution. The goals are to realize fast deposition at ambient temperature and pressure condition, and to reveal the growth mechanism of diamond-like carbon film, and provide the instructions on electrodeposition carbon film, diamond film, and metal combined carbon or diamond films.

电化学沉积制备类金刚石薄膜的方法具有设备要求较低，较易于实现连续化生产等特点，引起了人们的广泛关注。但是，目前现有方法大多需要在高电压或高温下进行，并且类金刚石薄膜的生长速度通常比较缓慢，所以在常温、低电压条件下快速制备类金刚石薄膜就显得尤为重要。本项目拟通过引入卤素增强乙酸上甲基极化的碳源以及胆碱基添加剂的加入，研究卤代乙酸和不同的胆碱提供碳源的能力，通过不同卤素离子和胆碱在电极/溶液界面发生吸附引起双电层结构及其他界面性质的改变，研究对电沉积类金刚石薄膜结构、结晶取向和生长的影响。通过该项研究，为实现常温、低电压条件下的快速电沉积类金刚石薄膜提供新的解决方案，同时对揭示电沉积类金刚石薄膜的生长机理具有重要的科学意义，对电沉积碳膜、金刚石薄膜和在这些薄膜中掺杂金属元素的研究均有指导作用。

电化学沉积制备类金刚石薄膜的方法具有设备要求低、较易于实现连续化生产等特点，受到研究者的关注。之前大多数方法都需要在高电压或高温下进行，并且类金刚石薄膜的生长速率通常比较缓慢，所以在常温、低电压条件下快速制备类金刚石薄膜就显得尤为重要。卤代羧酸具有较强的极性，因此更适合作为常温、低电压条件下电沉积类金刚石薄膜的碳源。本项目在卤代羧酸水溶液中分别在FTO和不锈钢基底上实现了常温、低电压下类金刚石薄膜的快速电沉积。.通过使用不同氯取代数量的乙酸，研究了卤素元素对羧酸分子极化及在FTO基底上电沉积的影响。随着碳源中氯原子数量的增加，相同条件下电沉积所得薄膜的厚度依次减小，且碳颗粒的粒径也随氯原子数量的增多而减小。这可能是由于氯原子增加分子极化与空间位阻双重效应引起的。..以3-氯丙酸、4-氯丁酸、5-氯戊酸为碳源，研究了碳链长度对FTO表面电沉积类金刚石薄膜的影响。当碳源中碳链长度为偶数时，最佳沉积条件所需的碳源浓度小，且碳颗粒较大。溴取代羧酸为碳源的溶液中也有着相似的规律，但碳颗粒粒径更小。..由于析氢过电位在不锈钢基底上较低，通过在氯乙酸水溶液中加入硫酸钠或甲酸钠，可实现不锈钢基底上类金刚石薄膜的低电压沉积。并且所制备的薄膜具有较好的疏水性能和摩擦性性能。..通过该项研究，为实现常温、低电压条件下的快速电沉积类金刚石薄膜提供了新的解决方案，同时对解释电沉积类金刚石薄膜的生长机理具有重要的科学意义，对电沉积碳膜、金刚石薄膜和在这些薄膜中掺杂金属元素的研究均有指导作用。