[发明专利]金属表面钝化膜载流子密度的检测方法

摘要

本发明涉及一种金属表面钝化膜载流子密度的检测方法。该方法的具体操作步骤如下：以待测金属棒作为测试电极，将该测试电极浸泡在电解质溶液中，以饱和甘汞电极为辅助电极，铂电极为参比电极，测量金属表面钝化膜电极体系的外加电压U和电容Csc的关系；得到Mott－Schottky关系图；再根据Mott－Schottky关系式将该Mott－Schottky关系图外推至电位轴的交点，即可计算得到平带电位U_fb，同时由斜率可计算求得金属表面钝化膜的载流子密度。该方法将传统的固体物理能带理论引入金属防腐蚀性能的监测及分析领域，能够从本质上、微观层面揭示金属表面钝化膜失效过程中防腐蚀能力降低的原因——载流子密度的增加，并且能够将钝化膜防腐蚀性能通过载流子这一随腐蚀时间及失效程度变化的物理量通过电化学测量的简便方式量化，使金属防腐蚀性能和钝化膜失效程度更加具有可监测性，给金属的防腐性能预测提供了一种有效的手段。

主权项

1.一种金属表面钝化膜载流子密度的检测方法，其特征在于该方法具有以下步骤：a.将待测试的金属棒作为测试电极，该电极经环氧树脂密封后，将其工作面经打磨、清洗、干燥后备用；b.以饱和甘汞电极为辅助电极，铂电极为参比电极，将上述测试电极浸泡在电解质溶液中，并使电极工作面水平放置，然后检测该测试电极的电容CSC随工作电压U的变化关系；c.将步骤b测得的电容CSC与工作电压U的变化关系，作Csc-2～U关系曲线，得到Mott-Schottky关系图；根据Mott-Schottky关系式，对于n型半导体有：$\frac{1}{{\mathrm{Csc}}^2}=\frac{2}{{\mathrm{ϵϵ}}_{0}e{N}_D}(\Delta U_{\mathrm{SC}}-\frac{\mathrm{kT}}{e})=\frac{2}{{\mathrm{ϵϵ}}_{0}e{N}_D}(U-U_{\mathrm{fb}}-\frac{\mathrm{kT}}{e})$ 对于p型半导体，则有：$\frac{1}{{\mathrm{Csc}}^2}=\frac{2}{{\mathrm{ϵϵ}}_{0}e{N}_D}(-U+U_{\mathrm{fb}}-\frac{\mathrm{kT}}{e})$ 其中Csc为空间电荷层电容，ε为金属表面钝化膜的介电常数，ε0为真空介电常数(为8.854×10-12F/m)，e为电子电量，ND为载流子密度，U为工作电压，Ufb为平带电位，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度；由Mott-Schottky关系式，将该Mott-Schottky关系图外推至电位轴的交点，即能计算出平带电位Ufb，而由斜率能计算求得金属表面钝化膜的载流子密度ND；所述的电解质溶液为：质量百分比浓度为3％~5％的硫酸钠、氯化钠或硝酸钠盐溶液、0.5％的硫酸溶液或5％的氢氧化钠溶液。