实时全息表面成像方法研究不锈钢的点蚀过程

It is a key and difficult point for obtaining dynamic information of the electrode surface during corrosion processes of metals in corrosion electrochemisty. The method explorations for local details of the electrode surface play a significant role in deeply studying corrosion. In this project, a new method, digital holographic surface imaging (DHSI), will be developed to investigate pitting corrosion processes of stainless steel to obtain the dynamic changes of three-dimensional topography, concentration field and pits distribution at the electrode surface in real time. The digital holographic interface imaging method and traditional electrochemical techniques will be combined with the DHSI method to study the pitting corrosion from different perspectives. The experimental research will focus on the effects of chloride ions, pH and external magnetic field on pitting corrosion processes. This project will provide a new method for corrosion study and lay a foundation of a new instrument for detecting corrosion processes. The research results will give new insight into pitting corrosion mechanisms.

电极表面动态信息的获取是金属腐蚀研究中的重点和难点，因此开发新的表面观测方法以获得电极表面的局部信息是深入研究金属腐蚀的关键。本项目拟发展新的数字全息表面成像方法，实时检测不锈钢点蚀过程中电极表面的动态变化，获取点蚀发生、发展过程中电极表面三维形貌、表层溶液浓度分布和蚀坑分布及几何参数等量化信息，配合界面全息方法和传统电化学手段的测试结果，从电极表面和电极/溶液界面的动态变化、腐蚀产物的形貌和组成以及电化学行为的改变等方面来研究氯离子浓度、溶液pH和外加磁场等因素对点蚀过程的影响规律和机制。本项目的研究可为金属腐蚀研究提供新的实验方法，为开发新的金属腐蚀在线监/检测仪器打下基础，同时对深入认识金属的点蚀机理具有重要的科学意义。

金属腐蚀过程中电极表面动态变化信息的获取是研究腐蚀过程和机理的关键。本项目设计并实现了一种适合观测金属腐蚀过程中电极表面动态变化的数字全息成像方法。实验表明，该方法能够原位实时观测不锈钢点蚀初期电极表面膜的溶解过程。数字全息表面成像方法在光轴方向上可测量的最小光程差为10纳米左右，像平面分辨率为2微米左右，图像采集的最高时间分辨率为60帧/秒。在此基础上，结合数字全息界面成像方法、扫描电化学显微镜技术研究了氯离子浓度、溶液pH和外加磁场等因素对不同体系金属腐蚀过程的影响机制。此外，本项目组还探索了数字全息表、界面成像技术在锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等电化学体系的应用。研究表明，数字全息方法能够有效结合其他电化学测试技术，在众多电化学过程的原位实时观测中有广泛的应用前景。