高分辨率表面电位测量和原子力显微镜成像

每个主要的模式使许多其他模式,我们集体称为二级模式或衍生品模式。表面电位成像,或开尔文探针扫描力显微镜是一种衍生TappingMode AFM的详细描述。什么使表面电位成像不同于大多数其他导数AFM模式是,它提供了可靠的、可重复的数值量除了地形尺寸,数量在样品的表面积和地图,同时与地形。,数量是一个小的静电势地区在AFM在样品表面,并测量相对于潜在的AFM小费。

本应用笔记第一比较AFM-based表面电位测量与大量电解质电化学势的测量,并显示相关。然后显示了信息在AFM表面的潜在图像和电子显微图样本表面的同一区域可能是相辅相成的。

应用程序也注意表明AFM表面电位测量和电子散射数据关联。简而言之,本文提供的图像和数据帮助建立的价值和实用性AFM在腐蚀科学研究,通过定性和定量结果的说明源于AFM的独特功能表面电位测量和成像结果与其他分析技术。欧洲杯线上买球

关联与开路AFM在空气中表面电位测量电解质的电化学势的测量

为了建立的定量输出AFM-based表面腐蚀研究潜在的测量是有意义的,因为它与测量用其他技术,我们比较AFM-based表面电位测量空气中大量电解质电化学势的测量,描述下一个。

不同的金属样品中浸30分钟(DI-H de-ionized水₂O)或0.5 m氯化钠水溶液。那时稳定开路电位测量这些样品和参考饱和甘汞电极(SCE)使用稳压器。样本从电解质中删除,与DI-H冲洗₂O, AFM之前和风干表面电位成像和测量维度Veeco仪器3100 SPM。AFM提示被涂上了一层金属。提示的潜力被测量校准后纯镍样品的表面接触水;这个表面被发现提供可再生的测量。

AFM-based表面电位测量绘制在图1中,沿着左右轴,与开路DI-H批量测量电解液₂啊,和氯化钠溶液。AFM测量开路电位线性相关,并且可以与沃尔特相关样品的潜力。0.5米的开路电位测量生理盐水中转移(即活跃的方向。相比,他们更低)约200 mv与DI-H测量₂O。

图1所示。AFM在空气中表面电位测量的相关性(“沃尔特潜力”)与开路电位测量在不同的金属电解质)de-ionized水,B)在0.5 m氯化钠。允许复制的电化学的社会。

这些情节建立表面电位测量和建立相对的AFM是可靠的贵族或活动的物种,并且可以与开路电位测量了相同的物种大量电解质。主要的区别在于,AFM表面电位测量可能有非常高的平面(X, Y)决议,允许深sub-micrometer映射的区域不同的电位,当我们描述下。

AFM提供高分辨率表面电位测量

AFM的一个独特的特征表面电位成像是它潜在的本地地图,分辨率,可以扩展到纳米级样品表面的平面上。图2显示了一个表面的铝合金AA2024-T3制成合金,常用在飞机和极其容易受到腐蚀。左边和右边图像TappingMode AFM地形和表面势地图,分别相同的区域,60μm。

图2。AFM图像的AA2024-T3合金样品。Inter-metallic颗粒欧洲杯猜球平台可见(高电位)表面较亮的区域潜在的图像(右)。地形(左)不区分矩阵和inter-metallic粒子。欧洲杯猜球平台60μm扫描。允许复制的电化学的社会。

浅色调的颜色表面潜在图像对应更高的潜在价值。在这个示例中,inter-metallic粒子在表面形貌没有明显欧洲杯猜球平台被嵌入矩阵形成鲜明对比的表面潜在的形象,同时捕获与地形的地图。表面势inter-metallic粒子的形成图像的位置和边界。欧洲杯猜球平台这些粒子测量从欧洲杯猜球平台sub-micrometer到20μm一样大,和他们表现出更高的潜力比合金的矩阵。这些潜在差异负责增强腐蚀由于不同区域之间的电耦合。这些粒子的阴极反应速率提高,而解散刺激在矩阵降低潜在的网站或在活跃的粒子。欧洲杯猜球平台

表面势图像也可以阐明的意义TappingMode AFM的地形图像的特性。在图2中,几个坑是可见的地形图像(左):一个与inter-metallic粒子关联5表面潜在的形象,和一个粒子这样品的表面是由非水抛光在准备,减少腐蚀,是精美的检查条件。坑明显的地形图像中形成抛光(尽管非水抛光介质),因为样本是极其susceptiable腐蚀抛光过程中。测量电位分布(右)提供了重要的信息关于最有可能的位置表面的阳极和阴极反应在随后暴露在腐蚀性环境。

比较AFM表面电位成像和基于电子探针技术

图3是一个扫描电子显微摄影(SEM)大约同一地区AFM图像如图2所示。SEM结果的对比不同电子的散射粒子和矩阵之间的属性。欧洲杯猜球平台EDS分析上执行不同的粒子证实高等潜在的区域在图2中与不同类型的inter欧洲杯猜球平台-metallic粒子:粒子1 - 5是行业——(铁、锰),A和B是Al-Cu-Mg和粒子。在表面的潜在形象在图2中,粒子在势低于4和5测量粒子1 - 3;欧洲杯猜球平台显然有不同类型的行业——(铁、锰)粒子出现在矩阵。欧洲杯猜球平台

图3。SEM图像约同一区域如图2所示。EDS分析表明粒子1 - 5是行业——(铁、锰)inter欧洲杯猜球平台-metallics,, A, B是Al-Cu-Mg inter-metallics。允许复制的电化学的社会。

这些进一步的证据表面潜在的图像可以从建立分析技术获得的补充信息,反之亦然。AFM表面处理步骤的潜在成像显示效果实验表明,包含粒子的Mg将溶解在抛光表面的接触chloride-containing解决方案,但需要一些时间来发起攻击。欧洲杯猜球平台在这个起始时间,这些粒子的潜力降低矩阵的潜在的价值。欧洲杯猜球平台

对表面电荷表面电位成像非常敏感。的精美AA2024-T3样品由原生氧化层形成在抛光和随后的暴露在空气中。我们样品表面的成像面积,确定在那个地区几轮Mg-containing粒子去除前后的氧化与氩离子溅射(图4)。俄歇分析执行与溅射同时表明,溅射只删除部分(1-2nm)的表面氧化层厚度。欧洲杯猜球平台样品又暴露在空气中,表面潜力用AFM贴图。表面势后图像如图4显示删除几个单层氧化的表面,测量的潜力Mg-containing粒子从比矩阵更高贵的(更高的潜力,因此鲜艳的颜色在图像),更活跃(深色)。欧洲杯猜球平台这些粒子的位置和边界与sub-micrometer决议是可见的。欧洲杯猜球平台

图4。表面电位AA2024-T3 inter-metallic粒子的图像。欧洲杯猜球平台箭头指向的位置Mg-containing粒子。欧洲杯猜球平台(左),部分删除后(右)(约1-2nm)本机由氩离子溅射氧化膜。30μm扫描。允许复制的电化学的社会。

表面电位测量使用数据直方图(图5)量化的转变可能会从高出60 mv矩阵约60 mv低。这个示例暴露于氯溶液时,这些粒子溶解立即没有启动所需时间。欧洲杯猜球平台电荷再分配期间的部分去除表面氧化膜和re-growth空气导致的激活粒子,这有一个直接后果的腐蚀行为。欧洲杯猜球平台

图5。表面潜力的直方图图像如图4所示。圆Mg-containing粒子(关联大约在直方图欧洲杯猜球平台红色光标的位置)从潜在的被约60 mv高于转移矩阵(绿色光标在直方图),后被约60 mv低部分native-oxide切除(柱状图)。(两个直方图的峰值在右边对应于大,形状不规则的粒子,这是占主导地位的特性这两个图像的中心。

总结

AFM-based表面能够揭示潜在的成像和测量样品表面的细节以独特的方式腐蚀科学研究是有用的。欧洲杯线上买球这些图片和测量,通常与纳米级平面分辨率,是互补的,和与其他分析技术的数据,包括大部分技术。

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不久AFM的发展和扫描隧道显微镜(STM)、电化学环境控制的样本也介绍,开放或封闭形式的电解液细胞,与电化电池潜在控制和伏安法显示和分析软件集成了AFM (STM)软件。今天,电化学AFM和STM在腐蚀科学研究发挥重要作用。欧洲杯线上买球

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