基本定義及優(yōu)點(diǎn)

序列實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)連續(xù)進(jìn)行一系列有序的實(shí)驗(yàn)步驟，逐步改變一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或條件，以系統(tǒng)地研究和觀察實(shí)驗(yàn)體系的行為和性質(zhì)。

其主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）序列實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)使得研究者可以系統(tǒng)地研究和了解不同參數(shù)或條件對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的影響，從而獲得更全面的信息。它能夠提供關(guān)于系統(tǒng)性質(zhì)和行為的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

（2）通過(guò)逐步改變參數(shù)或條件，序列實(shí)驗(yàn)可以幫助研究者逐步探索實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特性和響應(yīng)規(guī)律。這有助于揭示隱含的關(guān)系和趨勢(shì)。

（3）序列實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)使得不同實(shí)驗(yàn)條件下的結(jié)果可以進(jìn)行直接的比較和分析。這有助于確定參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的影響程度，并識(shí)別關(guān)鍵因素。

（4）通過(guò)使用序列實(shí)驗(yàn)，研究者可以重復(fù)進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)步驟，并驗(yàn)證結(jié)果的可靠性。這有助于提高實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性和可驗(yàn)證性。

（5）序列實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以逐步積累，為后續(xù)的研究和實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)和參考。通過(guò)分析序列實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，研究者可以逐漸建立和完善關(guān)于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的知識(shí)。

DH7000系列序列實(shí)驗(yàn)設(shè)置

通過(guò)DH7000系列電化學(xué)工作站可進(jìn)行序列實(shí)驗(yàn)和循環(huán)實(shí)驗(yàn)，序列實(shí)驗(yàn)是用戶可以將兩種或多種電化學(xué)測(cè)試方法編輯到一個(gè)序列實(shí)驗(yàn)中，每?jī)煞N方法之間可以選擇連續(xù)測(cè)試或者獨(dú)立測(cè)試，一個(gè)序列實(shí)驗(yàn)可以完成多個(gè)方法的測(cè)試，可以很大程度上提高研究人員的工作效率。循環(huán)實(shí)驗(yàn)是針對(duì)某些需要多次重復(fù)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)體系，可以在進(jìn)行序列實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)置多次循環(huán)測(cè)試，節(jié)省研究人員的寶貴時(shí)間。

圖1 序列實(shí)驗(yàn)選擇界面

按圖1所示選擇循環(huán)實(shí)驗(yàn)，在循環(huán)實(shí)驗(yàn)一欄可以輸入實(shí)驗(yàn)所需循環(huán)次數(shù)，默認(rèn)為1次，然后點(diǎn)擊下圖左側(cè)插入按鈕，即可插入各種電化學(xué)方法。然后通過(guò)左側(cè)向上、向下按鈕可調(diào)整電化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法順序。將各個(gè)方法的參數(shù)設(shè)置完成即可開始進(jìn)行序列實(shí)驗(yàn)。也可以將單個(gè)實(shí)驗(yàn)方法做循環(huán)測(cè)試，還可以將序列試驗(yàn)嵌套入循環(huán)試驗(yàn)中做循環(huán)測(cè)試。

圖2 序列實(shí)驗(yàn)選擇插入實(shí)驗(yàn)方法界面

下圖3是以快速電流脈沖和線性掃描伏安法為例，參數(shù)設(shè)置完成后既可以開始序列實(shí)驗(yàn)測(cè)試。下面通過(guò)一個(gè)測(cè)試案例，給大家提供一種使用序列實(shí)驗(yàn)研究?jī)山M分金屬沉積過(guò)程的方法。

圖3 序列實(shí)驗(yàn)選擇方法參數(shù)設(shè)置界面

恒電流電沉積與線性掃描伏安法連用

快速電流脈沖是通過(guò)對(duì)測(cè)試體系施加脈沖電流值，設(shè)置不同的脈沖寬度以及每點(diǎn)時(shí)間，進(jìn)行電壓信號(hào)采集。當(dāng)把脈沖數(shù)量設(shè)置為2，脈沖電流1設(shè)置為0，改變脈沖電流2的脈沖寬度，脈沖周期為1，可實(shí)現(xiàn)恒電流電沉積。恒電流電沉積可以控制沉積時(shí)間，確定金屬離子沉積過(guò)程所消耗的電量。

線性掃描伏安法可以通過(guò)正向掃描或反向掃描來(lái)反應(yīng)體系發(fā)生的氧化或還原變化。通過(guò)恒電流將金屬離子沉積，然后利用正向線性掃描使沉積的金屬離子溶出，改變沉積時(shí)間，觀察溶出峰的變化，可用于判斷是否能通過(guò)沉積時(shí)間來(lái)控制沉積厚度以及沉積金屬中的比例關(guān)系。

測(cè)試體系

4.1銀銅金屬離子沉積過(guò)程的研究

1）三電極體系：WE+SE-玻碳電極，RE-飽和甘汞電極，CE-鉑絲。

2）測(cè)試體系：以ZHL-02無(wú)氰鍍液為基礎(chǔ)液，分別添加一定比例的硝酸銅和硝酸銀。

3）測(cè)試方法：序列實(shí)驗(yàn)→快速電流脈沖→線性掃描伏安法

4）實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：快速電流脈沖→起始電流0mA，持續(xù)時(shí)間2s，階躍電流0.8ASD，持續(xù)時(shí)間分別為15、30、45、60、90s。線性掃描→起始電位-0.4V，終止電位0.9V，掃描速率20mV/s；測(cè)試結(jié)果如下圖所示。

圖4 先沉積時(shí)間15s在線掃的結(jié)果曲線

通過(guò)序列實(shí)驗(yàn)可以將兩種電化學(xué)方法連續(xù)起來(lái)進(jìn)行測(cè)試，大大提高了測(cè)試方法的靈活性，而且可以避免兩種電化學(xué)方法單獨(dú)測(cè)試時(shí)存在的時(shí)間間隔對(duì)測(cè)試體系的影響。如圖4，研究金屬離子銀、銅的電化學(xué)沉積行為；先通過(guò)恒電流使金屬離子沉積到電極表面，然后通過(guò)線掃溶出可以觀察到曲線有兩個(gè)明顯的氧化峰，說(shuō)明沉積到玻碳電極表面的是兩種金屬離子，通過(guò)之前的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)可以判斷，在0 V附近的氧化峰對(duì)應(yīng)銀的氧化，在250 mV處對(duì)應(yīng)的是銅的氧化峰，圖4是沉積時(shí)間為15 s的測(cè)試結(jié)果，銀的氧化峰明顯沒(méi)有銅的氧化峰高，說(shuō)明在恒電流沉積時(shí)，銅離子比銀離子沉積的優(yōu)先沉積。

圖5 采用序列實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的疊加曲線

圖5是分別沉積15、30、45、60、90s得到的結(jié)果進(jìn)行比較，在沉積時(shí)間為15s時(shí)，銀的氧化峰明顯比銅的氧化峰低，說(shuō)明銅離子是先沉積的，隨著沉積時(shí)間的增加，銀的氧化峰迅速增大，說(shuō)明銀的沉積速率更快，而且隨著沉積時(shí)間的增加，銀和銅的氧化峰都隨之增大，說(shuō)明體系沉積銀銅合金的厚度可以通過(guò)改變沉積時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。還可以根據(jù)銀和銅氧化峰的積分面積，通過(guò)沉積消耗的電量計(jì)算雙金屬沉積的比例關(guān)系。

總結(jié)

通過(guò)序列實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行一些金屬沉積行為的研究，將一些沉積的方法和線掃溶出的方法組通過(guò)序列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行組合，可以通過(guò)改變沉積時(shí)間研究?jī)山M分或多組分金屬沉積的先后順序、沉積速率，以及沉積中各金屬的比例關(guān)系，大大提高科研工作者的實(shí)驗(yàn)效率。序列實(shí)驗(yàn)是一種有序連續(xù)的實(shí)驗(yàn)方法，具有系統(tǒng)性、全面性和逐步探索的特點(diǎn)，能夠提供可比性的結(jié)果和可靠的數(shù)據(jù)，對(duì)于研究和了解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性質(zhì)和行為具有重要意義。因此使用好序列實(shí)驗(yàn)方法可以進(jìn)行很多有實(shí)用價(jià)值的研究。