[发明专利]表面电势控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于界面控制与表面工程领域，尤其涉及一种表面电势控制装置及控制方法。

背景技术

当金属等材料（基板）浸入到水或盐溶液中时，表面晶格上的离子，受到极性水分子的吸引，有脱离表面进入溶液形成水合离子的趋势，这时基板表面由于电子过剩呈现出负电性。即基板表面与溶液间产生电位差，这种电位差称为基板在此溶液中的电位或电极电位。离子转移的趋势以及难易程度主要由基板表面电极电位决定，因此金属等材料组成的基板表面电极电位的正负及大小对基板性能有重要影响。例如：当基板表面电极电位为负时，在基板表面与溶液间电压差的驱动下，电子脱离基板表面即基板发生氧化反应，基板表面被腐蚀。电极电位越低，基板越容易发生氧化反应，基板表面越容易被腐蚀。而当基板表面电极电位为正值时，表面电子很难从表面脱离，即基板抗氧化性能较高，一般条件下不容易发生腐蚀。

目前，常用的改变基板表面电极电位的方法通常有表面涂覆技术，钝化膜技术以及外加电场的方法。表面涂覆技术为在基板表面涂覆一层其它物质进而改变基板表面的电极电位。钝化膜技术为使基板表面发生氧化反应在基板表面生成氧化膜或盐类，氧化膜或盐类紧密的覆盖在基板表面使基板表面发生钝化，提高其电极电位。外加电场的方法为将基板作为电极与另外电极组成对电极实现对基板表面电位的改变。

然而，表面涂层技术及钝化膜技术中，基板表面的电位由涂覆材料或金属氧化物决定，不能实现对基板表面的电极电位的灵活控制，可调性比较差。外加电场的方法中，过高的外加电压会使基板表面迅速发生电化学反应进而腐蚀，应用受到基板材料本身电化学窗口的限制，因此该方法不能大范围的调节基板表面的电极电位。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种表面电势控制装置及控制方法，可以实现对基板表面电势进行大范围的可控调节。

一种表面电势控制装置，包括一电容器以及一第一基板，所述电容器包括一第一电极板和一第二电极板，所述第一电极板包括一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面；所述第二电极板包括一第三表面以及与该第三表面相对设置的第四表面，所述第二表面与所述第三表面相对设置，所述第一基板设置在所述第一电极板的第一表面，所述第二电极板的第四表面用于放置待控制表面电势的第二基板；所述第一基板和第二基板分别与一电源的正负极电连接。

一种表面电势的控制方法，该控制方法包括以下步骤：提供上述表面电势控制装置；将待控制表面电势的第二基板设置在所述第二电极板的第四表面，将第二基板中与所述第二电极板接触的面定义为第五表面，与第五表面相对的面定义为第六表面，并使所述第六表面与一溶液接触；打开电源开关，使所述第一电极板、第二电极板以及电解液中带等量的异种电荷，正负电荷与第六表面的距离不同，在第六表面上正负电荷产生的电场效应不同，导致第六表面上电荷总体上对外呈现出电性；以及通过改变外加电压的大小或方向对第二基板表面的电极电位进行控制。

与现有技术相比较，本发明提供的表面电势控制装置及控制方法，所述表面电势控制装置充电后，电容器内部会有大量电荷存在，虽然正负电荷总量相等，由于正负电荷与基板表面的距离不同，在基板表面处正负电荷产生的电场效应不能相互平衡，正负电荷整体上对外呈现出电性。仅通过控制充电电压大小及方向，即可改变电容存储电荷的总数量，进而实现基板表面电极电位的大幅度控制与调节。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基板表面电势控制装置示意图。

图2是本发明实施例提供的基板表面电势控制装置中硼、氮掺杂金刚石薄膜的电极循环伏安曲线。

图3是本发明实施例提供的基板表面电势控制装置中的p-Si基片表面在未充电状态下的AFM测试结果。

图4是本发明实施例提供的基板表面电势控制装置中的p-Si基片表面在充正电状态下的AFM测试结果。

图5是本发明实施例提供的基板表面电势控制装置中的p-Si基片在未充电状态下的硅藻吸附情况照片。

图6是本发明实施例提供的基板表面电势控制装置中的p-Si基片在充正电状态下的硅藻吸附情况照片。

主要元件符号说明