光辅助动态电位沉积法制备Ni-Ce氧化物黑色防护涂层的性能优化及其疏水性演变机制研究

针对航空航天及精密光学仪器对高吸收率、高发射率涂层的需求，研究人员通过光辅助动态电位沉积技术制备Ni-Ce氧化物黑色防护涂层，系统探究了光照和电位范围对涂层性能的影响。结果表明，光照可加速沉积过程，使涂层厚度增至5.44 μm，粗糙度提升至0.84，紫外-可见光区吸收率达95%，红外发射率为0.87。通过调控电位范围（0～?1.4 V）可优化涂层性能，并发现其疏水性随时间显著增强（接触角从19.2°升至132°），归因于空气中烃类吸附。该研究为多功能涂层的开发提供了新思路。

　　

论文解读

在航空航天和精密光学仪器领域，功能性涂层需兼具高吸收率、高红外发射率及强耐腐蚀性。传统镍基涂层在复杂环境中易失效，而纯氧化铈（CeO₂
）虽能提升基体耐蚀性，但单一组分难以满足综合性能需求。如何通过工艺优化实现涂层性能的协同提升，并揭示其疏水性自发增强的机制，成为亟待解决的科学问题。

针对上述挑战，中国的研究团队在《Applied Surface Science Advances》发表论文，采用光辅助动态电位沉积技术（photo-assisted potentiodynamic deposition）制备Ni-Ce氧化物黑色防护涂层。通过调控光照条件和电位范围（0～?1.3 V至0～?2 V），系统研究了涂层形貌、光学性能及耐蚀性的变化规律，并首次报道了其疏水性随时间演变的特性。研究发现，光照显著促进沉积动力学，使涂层厚度从3.27 μm增至5.44 μm，粗糙度从0.38升至0.84；最优电位范围（0～?1.4 V）下涂层的紫外-可见光吸收率达95%，红外发射率为0.87，且腐蚀电流密度最低（1.495×10^?5
A/cm²
）。此外，涂层接触角从初始的19.2°增至132°，XPS分析表明该现象与空气中烃类吸附及Ce(III)向Ce(IV)的转化相关。

关键技术方法

研究采用三电极体系（工作电极为Q235低碳钢，对电极为铂板，参比电极为饱和甘汞电极），结合高功率氙灯（220,000 Lux）进行光辅助动态电位沉积。通过SEM-EDS、XRD、XPS表征涂层形貌与成分，表面轮廓仪测定粗糙度，紫外-可见分光光度计和双波段发射率仪分别测试吸收率与红外发射率，电化学工作站评估耐蚀性。

研究结果

1. 光照对涂层性能的影响：光照条件下，CeO₂
   光生电子（e_cb
   ^?
   ）促进Ni²⁺
   还原，空穴（h_vb
   ⁺
   ）氧化Ce³⁺
   ，使Ce(IV)/Ce(III)比值提高（XPS验证），涂层厚度和粗糙度分别增加85%和121%。
2. 电位范围的调控作用：电位范围扩展至0～?1.7 V时，发射率高达0.91，但超过0～?1.6 V会导致涂层开裂（SEM观测），而0～?1.4 V涂层具有最佳耐蚀性（R_ct
   达1913 Ω?cm²
   ）。
3. 疏水性演变机制：XPS显示放置30天后碳含量从26.19 at%增至29.92 at%，证实烃类吸附是疏水性增强的主因；光照加速Ce(III)氧化为Ce(IV)，进一步促进疏水稳定性。

结论与意义

该研究通过光辅助动态电位沉积技术，实现了Ni-Ce氧化物涂层厚度、粗糙度及成分的精准调控，使其兼具高吸收率（95%）、高发射率（0.87）和优异耐蚀性。疏水性自发增强现象的揭示为自清洁涂层的设计提供了理论依据。成果不仅解决了传统涂层性能单一的瓶颈问题，更为航空航天热控材料和光学仪器防护涂层的开发提供了创新方法。