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材料腐蝕的電化學測試方法局限于整個樣品的宏觀測試, 測試結果只反映樣品的不同局部位置的整體統計結果,不能反映出局部的腐蝕及材料與環境的作用機理.為進行局部表面科學研究,微區掃描系統提供了一個新的途徑,并日益得到包括局部腐蝕領域的廣泛應用。近年來,人們一直在探索局部電化學過程的研究。*代掃描參比電極技術(SRET)能探測局部腐蝕的發生。第二代掃描振動電極技術(SVET)采用振動電極測量局部 (電流,電位〕隨遠離被測電極表面位置的變化。 SVET具有比SRET更高的靈敏度。在SVET和SVET基礎上,又提出了采用掃描Kelvin振動電極(SKP)測量不同材料表面功函數。
SVP工作原理
掃描振動參比電極系統是利用振動電極和鎖相放大器消除微區掃描中的噪聲干擾,提高測量精度. SVP系統具有高靈敏度,非破壞性,可進行電化學活性測量的特點.它可進行線性或面掃描,研究局部腐蝕(如電蝕和應力腐蝕的產生,發展等),表面涂層及緩蝕劑的評價等方面的研究,掃描振動探針(SVP)是在液態腐蝕環境下,進行腐蝕研究的有力工具,它能檢測小于5?A/cm2的原位腐蝕。
SKP工作原理
SKP100 掃描開爾文探針系統為表面科學測量提供了一個新的途徑,開爾文探針是一種無接觸,無破壞性的儀器,可以用于測量導電的、半導電的,或涂覆的材料與試樣探針之間的功函差。 這種技術是用一個振動電容探針來工作的,通過調節一個外加的前級電壓可以測量出樣品表面和掃描探針的參比針尖之間的功函差。 功函和表面狀況有直接關系的理論的完善使SKP成為一種很有價值的儀器,它能在潮濕甚至氣態環境中進行測量的能力使原先不可能的研究變為現實。
左圖闡明了開爾文探針的工作原理,它所包含的三個能級圖描述了兩種間距一定的金屬,它們的功涵和費米能級分別為(?1,E1)和(?2,E2)。*個能級圖表示當兩種金屬之間沒有電接觸時有不同的費米能級。第二張圖表示當電接觸發生時,電荷的流動使費米能級趨于相同,并使表面電位升高。這個電位差Vc是與功涵差有關的:-eVc=?1-?2 (1)其中e是電子電荷。zui后一個圖表明外加一個前級電壓VB后,僅當VB=-VC時,表面電荷趨于零,這時VB也正是兩種材料之間的功函差。
當電容很小時,樣品電位VB 與探針和樣品之間的功函差相等。
我們從功函差可以利用下面的關系進一步得到腐蝕電位(Ecorr),
Ecorr=常數+(?1-?2) (2), (?1-?2)是測量得到的探針和樣品之間的功函差。
利用傳統參比電極在電解液中測量得到的Ecorr可以對SKP100進行校正以確定等式(2)中的常數項。當一種樣品的常數值被確定后,Ecorr可以從開爾文探針的數據中直接計算出來。
應用:
? 不銹鋼和鋁等材料的點蝕檢測、成長過程在線監測等;
? 有機和金屬涂層缺陷和完整性研究;
? 金屬/有機涂層界面的腐蝕的機制與檢測;
? 有機涂層的剝離和脫落機制;
? 鈍化處理的不銹鋼焊接熱影響區的電位分布;
? 干濕循環的碳鋼和不銹鋼的陰極區和陽極區的分布行為;
? 薄液層下氧還原反應和金屬的腐蝕過程的特征;
? 模擬不同大氣環境的腐蝕電位在線監測;
? 鋁合金等材料在大氣環境中局部腐蝕敏感性;
? 鋁合金的絲狀腐蝕(filiform corrosion);
? 硅烷L-B膜修飾金屬表面的結構和穩定性;
? 鋅-鐵偶合金屬界面區的電位分布特征;
? 磷化處理鋅表面的碳微粒污染檢測;
? 檢測微小金屬表面的應力分布和應力腐蝕開裂;
? 檢測金屬和半導體材料微小區域的表面清潔度,缺陷,損傷和均勻程度;
? 研究和評價氣相緩蝕劑性能;
? 電化學傳感器;
技術參數:
M370采用了納米分辨率、快速精確的閉環X、Y、Z移位系統,
以及靈活便捷的數據采集系統
微區掃描探針平臺系統主要技術參數:
1. 掃描范圍(X、Y、Z):70mm×70mm×70mm
2. 掃描驅動分辨率:8nm
3. 位移偏碼:線性,零滯后
4. 位移:閉環定位
5. 線性位移編碼分辨率:100nm
6. zui大掃速:2mm/s
7. 測量分辨率:16位@100kHz
8. 計算機通訊方式:USB接口
9. 控制與分析軟件:Windows 32位MDI控制與分析軟件
10. 環境池:TriCellTM(選配件)
11. SECM電化學微池:µTriCellTM (選配件)
12. 長距顯微鏡:VCAM2(選配件)
13. 三維圖形軟件:IsoPlotTM (選配件)
14. 微區技術:SECM、SVP(SVET)、SKP、LEIS(可選配)
MDI軟件特性:
? 控制:計算機控制探針移動、數字式/連續掃 描、掃描范圍、速度、數據采集精度等;
? 操作:簡便易用、線性解碼實時位移顯示;
? 測量:先掃描后數據采集、面掃單軸可高達70,000數據點;
? 結果:ASCII數據文件;2D和3D彩色圖像顯示和輸出(3D軟件選項)
主要特點:
SECM是一個精密的掃描微電極系統,具有*空間分辨率。它在溶液中可檢測電流或施加電流于微電極與樣品之間。SECM與EC-STM、EC-AFM具有互補性,EC-STM和EC-AFM是對溶液中樣品表面進行原子級和納米級成像分析,EC-STM和EC-AFM更多地展現了電化學過程的表面物理圖像。而SECM則用于檢測、分析或改變樣品在溶液中的表面和界面化學性質。SECM具有高分辨率、易操作、測試樣品更接近實際應用情況等特點,適用于分析研究各種實時和原位的電化學反應過程。EC-STM和EC-AFM強調的是結果,而SECM注重的是過程和結果。
SECM有很多潛在的應用,目前主要用于電沉積和腐蝕科學中的表面反應過程基礎研究、酶穩定性研究、生物大分子的電化學反應特性以及微機電系統(MEMS)等領域。
SVP-SKP系統工作特點:
1.非接觸測量,不干擾測定體系;
2. 對界面區狀態的變化敏感,如材料表面和表面膜元素分布,
應力分布,界面區化學分布,電化學分布的變化;
3. 測定金屬、絕緣膜下金屬和半導體電位分布;
4. 10-12A~10-15A 數量級的極弱交流信號的測量,測定裝置必須具
有很高的抗干擾能力;
5.在線(In-situ)圖示樣品微區電化學和樣品表面變化過程等;
6.一維、二維和三維圖示與分析(3D軟件為選配);
7.特別適用液相和大氣環境下的材料表面和界面的微區顯微分析。
SVP與SKP系統的結合
SRET和SVET主要測量材料在液體電解質環境下的局部電化學反應過程;SKP能夠測量材料在不同濕度大氣環境下,甚至其它氣體環境下的微區特性及其隨環境變化過程等。現在公司將用于液體電解質環境下的局部電化學反應過程的SVET和用于大氣環境下的SKP技術有機的結合在一起,極大地拓展了您的研究領域,有效地利用資源,降低了您的購買費用。