钢筋钝化膜半导体性能的Mott-Schottky研究

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第 3 O卷第 7期20 0 6年 7月

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Vo. 3 No 7 1 0 . J 1 2 0 u. 0 6

f r M e h n c l En i e rn o c a ia g n e ig

钢筋钝化膜半导体性能的 Mot c oty研究 t Sh t— k张云莲l。美伦 J史 。陈志源

(.浙江科技学院建筑工程学院， 1浙江杭州 3 0 1; .同济大学材料科学与工程学院， 10 2 2上海 20 9 ) 002摘要：以饱和氢氧化钙溶液模拟混凝土孔隙液，用 MotS h tk ( S图来研究混凝土中运 t c oty M- ) -

钢筋钝化膜的半导体特性。试验表明：电位一O 7~O 3 S E范围，凝土中钢筋钝化膜的在 .8 . 7V( C )混 Cc E关系呈 M- 2,- Z S曲线，且斜率为正，明钢筋钝化膜为 n型半导体，其平带电位约为一O 8 表 _ . 5V;钢筋钝化膜电容表现出的对测试频率的依赖性使 M- S曲线呈频率弥散现象；系中氯离子的增加体( . ) do 2及钢筋电极在体系中浸泡时间的延长，均使钝化膜的施主密度增大。关键词：筋；化膜；Mo t c ot y图钢钝 t S h tk—中图分类号： G12 6 T 7 .文献标识码： A文章编号：10—7 8 2 0 ) 7 0 70 0 03 3 (0 6 0 - 0—4 0

M o tS ho t y I e tg to fPa sv to l fRe a n S m u a e t- c tk nv si a i n o s i a i n Fi o b ri i l td m

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K e r s rb r asv t n f;M o tS h t y po y wo d: e a;p s iai i o m l t e o t lt - k

1引言钢筋由于混凝土孔隙液呈碱性 ( H≥ 1. ) p 2 5而处于钝化状态。一般认为，筋钝化膜由铁氧化物钢组成，具有 n型半导体结构[。当混凝土中性化 . 1]或受到氯离子的侵蚀时，化膜将发生破坏而使钢钝筋产生锈蚀，终会导致混凝土结构的破坏。对钢最筋钝化膜的研究常采用交流阻抗 ( I)原子力显 ES、

测定钢筋钝化膜的空间电荷电容随电极电位的变化，可得出与钝化膜半导体性质有关的掺杂浓度、平带电位等信息。作者从钝化膜半导体的角度，定测模拟混凝土孔隙液中钢筋钝化膜的半导体特性以及测试频率、化时间和氯离

子浓度等对膜的半导体钝性能的影响。

2理论分析大多数金属的钝化膜具有半导体结构，导体半

微镜( F和电化学扫描隧道显微镜( S M)光 A M) ET、电子能谱( P ) X S等方法，主要讨论其成因、组成、结构及某些侵蚀性离子的破坏作用。Mot h tk t S oty— c ( S图较多地应用于金属钝化膜的研究[,过 M—) 3通]收稿日期：0 50 -1修订日期：0 5 81 2 0—60; 20 -—5 0基金项目：浙江省自然科学基金资助项目(0 0 9 5 2 1)作者简介：张云莲 (9 8,, 16一)女浙江浦江人，副教授，博士研究生。 导师：陈志源教授

与含有氧化还原对的溶液接触时，半导体相与溶液相之间发生电荷转移。当电子从半导体表面移进或移出时，不同的电位范围内，在半导体钝化膜可出现三种不同的空间电荷层——耗尽层、富集层和反型层[。耗尽层是当适量地取出多数载流子时形成 3]的；富集层是当多数载流子从表面注人半导体充当空间电荷时形成的；当过分取出多数载流子则形成反型层。半导体电极的净电荷分布在空间电荷层

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张云莲，钢筋钝化膜半导体性能的 Mot coty等： t S h t研究— k中。假设界面没有表面态，不存在电解质组分的也特性吸附，半导体/液界面的电位差 E由空间则溶端面为工作面，一端面焊接引出导线，工作面另除

外，其余表面用环氧树脂涂封。工作面在试验前用金相砂纸逐级打磨至 60并用去离子水和丙酮清 O#,洗，然后以不同的测试时间浸人试验溶液钝化。 采用 C ( aOH) z和 Na分析纯试剂，一次去 C1用离子水配制试验溶液。以饱和 C ( aOH)溶液作为。

电荷层电位降△和 He h h双电层电位降 E l oz m△ EH组成： E=△+ z H,导体/液界面电容 E X半 E溶 C由空间电荷层电容 C和 Hemh t电层电容 l oz双 C H串联而成。如果△ n为定值， d E则 E=d E因△,此电容 c对电位 E的依赖性等价于 c对△的 依赖性。图 1表明，处于富集层的电容很大，而耗尽层随电位升高电容减小；电位进一

步升高，电容又增大进人反型层。

模拟混凝土孔隙液，该溶液在 2 5℃时的 p H值约为 1., 2 5与混凝土中孔隙液的 p H值相似。溶液中氯离子以氯化钠添加。M—的测定在 C 6a型 S图 HI60电化学工作站上进行，测定时以钢筋电极为工作电极(工作面积 0 75c , . 8 m )以铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，比电极和工作电极之间参用盐桥连接，位均相对于饱和甘汞电极 ( C。电 S E)

测试频率为 1k,动正弦波幅值为 5mV,定 Hz扰 测电位范围一 1O O 6V, .~ .电位间隔 5 0mV,由高电图1卜 I型半导体空间电荷层电容随电位的变化F 1 S ec a f e t nbt e ca霉 n嚼 . k thm po l i ew￣ l re dmleta e rao l a m i e af rn t p e io d c o o y e sm c n u t r

位向低电位移动。测试在室温下进行。

4结果与讨论4 1模拟混凝土孔隙液中钢筋钝化膜的 M.征 . s特由图 2可见，电位在一0 7~O 3范围时， . 8 . 7V 钢筋钝化膜的 C E关系呈 M-性，斜率为量一 S特其

在测定频率较高时，其他串联电容 ( He 如 l m— hl ot z电容和表面态电容 )忽略，测定电容对应可所于空间电荷层电容而显示为耗尽层， C E呈其量一M.系L] S关 3:“O L个

正，显示型半导体性质，平带电位约为一O 8 . 5V;( E一一 )q q

c一—叠ee 0

() 1

电位继续升高，电容 C开始上升，人反型层；进电位

小于一10V时， .钢筋电极具有较大的电容值，对应于钝化膜的富集层。但在一O 2处 S曲线出 . 7V

式中 Cc空间电荷层电容； s为 N为载流子浓度； e为半导体介电常数；。为真空介电常数 (. 5 e 88× 1 F m )E为电极电位； f O c; Eb为半导体的平带电位； B l man常数 ( 13×1。/K) k为 ot n z愚= . …… 此处隐藏：10586字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……