電噴霧發(fā)射極超潤(rùn)濕性ZnO納米線覆層的電沉積制備工藝

摘 要：為提高電噴霧發(fā)射極的離子液傳輸效率，使用電沉積方法在發(fā)射極微錐陣列結(jié)構(gòu)表面制備ZnO納米線覆層形成多維復(fù)合結(jié)構(gòu)，以改善其潤(rùn)濕性能。首先，通過(guò)電化學(xué)測(cè)試掃描了ZnO沉積過(guò)程中的線性伏安曲線，尋找合適的沉積電位范圍；然后，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究了沉積電位和沉積時(shí)間對(duì)ZnO形貌的影響，并分析了六亞甲基四胺（hexamethylenetetramine，HMT）對(duì)ZnO納米線形貌的調(diào)控作用。結(jié)果表明：當(dāng)沉積電位為－2 V、沉積時(shí)間為3 h時(shí)，可獲得良好的六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)ZnO納米線；前驅(qū)溶液中六水合硝酸鋅與HMT物質(zhì)的量比為0.006 25∶0.003 125時(shí)，HMT可顯著抑制ZnO納米線非極性面的生長(zhǎng)。使用上述工藝參數(shù)制備出的ZnO納米線覆層與1-乙基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽（1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate，EMI-BF4）離子液體接觸時(shí)所形成的接觸角接近0°，能有效提高電噴霧發(fā)射極表面的離子液體潤(rùn)濕性。ZnO納米線覆層的電沉積制備工藝可為離子液體電噴霧推力器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：特種加工工藝；離子液體電噴霧推力器；發(fā)射極；超潤(rùn)濕；ZnO納米線；電沉積

中圖分類號(hào)：TQ153.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10.7535/hbgykj.2025yx01012

Electrodeposition process for preparing super-wettable ZnO nanowire coatings on electrospray emitter

LIU Yuangang1， ZHANG Yan1， ZHANG Jie1， HUANG Hailing2， HE Shiquan1

（1.School of Mechanical and Power Engineering， Nanjing Tech University， Nanjing， Jiangsu 211816， China; 2.Shandong Taikai High Voltage Switchgear Company Limited， Taian，Shandong 271025， China）

Abstract：To enhance the ion liquid transmission efficiency of the electrospray emitter， a zinc oxide nanowire coating was prepared on the surface of the emitter micro-cone array structure via electrodeposition to form a multi-dimensional composite structure to improve its wettability. Firstly， the linear voltammetry curve during the deposition process of ZnO was scanned through electrochemical testing to find an appropriate deposition potential range. Then， the influence of deposition potential and deposition time on the morphology of ZnO was investigated through single factor experiments， and the regulatory effect of hexamethylenetetramine （HMT） on the morphology of ZnO nanowires was analyzed. The results indicate that a satisfactory hexagonal wurtzite crystal structure of ZnO nanowires can be achieved at a deposition potential of -2 V and a deposition time of 3 h. When the molar ratio of zinc nitrate hexahydrate to HMT in the precursor solution is 0.006 25∶0.003 125， HMT significantly inhibits the growth of the non-polar surfaces of the ZnO nanowires. The contact angle between the ZnO nanowire coating prepared by the above process and EMI-BF4 ionic liquid is close to 0°， which can effectively improve the wettability of the ionic liquid on the surface of the electrospray emitter. The preparation process of ZnO nanowire coating electrodeposition provides an important reference for the design and improvement of ionic liquid electrospray thruster.

Keywords：non-traditional machining; ionic liquid electrospray thruster; emitter; super-wetting; ZnO nanowire; electrodeposition

航天器微小型化是航天技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，不僅對(duì)推進(jìn)器技術(shù)提出了小沖量、小推力的嚴(yán)苛要求，同時(shí)也限制了推進(jìn)器的體積、質(zhì)量和功率[1-3]。離子液體電噴霧推進(jìn)（ionic liquid electrospray thruster，ILET）技術(shù)是一種基于靜電噴射原理的推進(jìn)器技術(shù)。推進(jìn)器儲(chǔ)液箱中的離子液體被輸送到發(fā)射極尖端，在發(fā)射極和引出柵極之間施加高電壓形成強(qiáng)電場(chǎng)，離子液滴受強(qiáng)電場(chǎng)力牽引發(fā)散出帶電粒子，并在同一電場(chǎng)下加速，從而產(chǎn)生反作用推力[4]。為獲得較大的推力調(diào)節(jié)范圍，通常將電噴霧發(fā)射極設(shè)計(jì)為陣列結(jié)構(gòu)。為保證電噴霧推進(jìn)器的性能，不僅對(duì)發(fā)射極陣列的圓度、精度、陣列一致性、高徑比有較高要求，而且要求發(fā)射極表面具有優(yōu)異的離子液體傳輸性能。若微錐結(jié)構(gòu)潤(rùn)濕性不足，離子液將難以到達(dá)尖錐頂端，導(dǎo)致離子液體的發(fā)射與補(bǔ)充不平衡，發(fā)射極的推力不能穩(wěn)定輸出。所以，亟需一種簡(jiǎn)單有效的工藝來(lái)改善電噴霧發(fā)射極表面的離子液體潤(rùn)濕性能。

粗糙度能夠增強(qiáng)材料表面的親/疏水特性[5]，為提高離子液傳輸效率，可以通過(guò)改變發(fā)射極表面粗糙度來(lái)改善其潤(rùn)濕性能[6-7]。HILL等[8]在表面潤(rùn)濕型硅發(fā)射極的表面使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（plasma enhanced chemical vapor deposition， PECVD）制備出密集的碳納米管結(jié)構(gòu)。由于碳納米管的高表面能以及納米級(jí)粗糙度，發(fā)射極具有高度潤(rùn)濕性；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整碳納米管直徑、堆積密度、高度以及垂直性可以對(duì)發(fā)射極的表面潤(rùn)濕性進(jìn)行調(diào)控。

ZnO具有四方巖鹽礦、立方閃鋅礦和六方纖鋅礦3種不同的晶體結(jié)構(gòu)[9]。使用合適的制備工藝可獲得具有良好潤(rùn)濕性的ZnO納米線覆層，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射極表面的超潤(rùn)濕性改性[10-11]。ELIAS等[12]以ZnCl2和KCl溶液作為電解液，運(yùn)用陰極電沉積法制備了ZnO納米線，納米線的平均直徑為25～80 nm，Zn2+的濃度對(duì)納米線的尺寸有調(diào)節(jié)作用。LI等[13]使用恒定電流電沉積法在銅基底上制備ZnO薄膜，電解液主體為ZnCl2水溶液，并加入酒石酸以調(diào)整ZnO的形態(tài)，所制備的ZnO納米棒具有非常高的密度，直徑約為30 nm，長(zhǎng)度超過(guò)600 nm?？梢?jiàn)，使用電沉積法并通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)以及工作液成分來(lái)調(diào)控形貌是制備ZnO納米線的有效手段。電沉積法制備ZnO納米線簡(jiǎn)單、高效、成本低[14]，但相關(guān)研究多是在平整的基底表面制備ZnO納米線，能否在發(fā)射極微錐陣列表面制備出分布均勻、垂直性好的ZnO納米線值得探究。

本研究采用電沉積法在電噴霧發(fā)射極微錐陳列表面制備ZnO納米線覆層，可改善發(fā)射極表面的離子液體潤(rùn)濕性，有助于提升離子液體的傳輸效率與電噴霧推進(jìn)器的性能。

1 電沉積ZnO納米線原理

在以六水合硝酸鋅（Zn（NO3）2·6H2O）和六亞甲基四胺（hexamethylenetetramine，HMT）為溶質(zhì)的工作液體系中，由HMT提供OH-和NH3，由Zn（NO3）2·6H2O提供Zn2+，Zn2+主要以Zn（NH3）42+和Zn（OH）42-四面體配合物的形式存在于溶液中，作為ZnO的前驅(qū)體[15]。溶液中發(fā)生的反應(yīng)主要為

ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌取決于生長(zhǎng)基元的聚合度和（001）晶面上的生長(zhǎng)速度[17]。當(dāng)Zn2+與OH-具有較大的離子積（遠(yuǎn)大于Zn（OH）2濃度積常數(shù)）時(shí)，將會(huì)形成無(wú)定型的ZnO；而當(dāng)Zn2+與OH-具有較小的離子積（略小于Zn（OH）2濃度積常數(shù)）時(shí)，則會(huì)在電中性的前驅(qū)液中形成棒狀的ZnO晶體結(jié)構(gòu)。

HMT，又稱為烏洛托品，化學(xué)式為（CH2）6N4，是一種高水溶性、非離子四齒酸環(huán)狀叔胺。HMT的熱降解會(huì)釋放羥基離子從而驅(qū)動(dòng)沉淀反應(yīng)[18]，此外，HMT作為緩沖劑，其水解速度與pH值成反比。ZnO的結(jié)晶主要依靠于Zn（OH）2的水解，在晶體生長(zhǎng)初期，一定濃度的Zn2+和pH值使得Zn（OH）2生長(zhǎng)，而在氧化物的形成中，熱力學(xué)上不穩(wěn)定的相析出較快，隨著pH值的逐漸增加和Zn2+濃度的降低，Zn（OH）2在熱力學(xué)上變得不穩(wěn)定，在陰極表面形成的Zn（OH）2開(kāi)始溶解。另外，HMT作為一種長(zhǎng)鏈聚合物和非極性螯合劑，將優(yōu)先附著在纖鋅礦晶體的非極性面，從而切斷Zn2+進(jìn)入這些面的途徑，只留下極性的（001）晶面進(jìn)行外延生長(zhǎng)[19]，生長(zhǎng)原理如圖2所示。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

Zn（NO3）2·6H2O（分析純），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；HMT（分析純），上海麥克林生化科技股份有限公司提供；無(wú)水乙醇，無(wú)錫市亞盛化工有限公司提供；NaOH（分析純），上海凌峰化學(xué)試劑有限公司提供；1-乙基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽（1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate，EMI-BF4），上海麥克林生化科技股份有限公司提供。

YS9000DDB-4010型數(shù)字可編程脈沖電源，上海翼昇電子科技有限公司提供；CHI 660E型電化學(xué)工作站，上海辰華儀器有限公司提供；Mira4型掃描電子顯微鏡，泰思肯（中國(guó)）有限公司提供；smartlab 9 kw型X射線衍射儀，日本理學(xué)侏式會(huì)社提供。

2.2 ZnO納米線的制備

首先，在尺寸為10 mm×10 mm×2 mm的純鎳塊表面進(jìn)行試制，以獲得最佳工藝參數(shù)。將工件用800目（15 μm）～3 000目（5 μm）的金相砂紙依次打磨，乙醇超聲清洗10 min，使用5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的NaOH溶液浸泡10 min去除表面油污，再用去離子水沖洗干凈，烘干備用。

其次，通過(guò)電沉積法制備ZnO納米線，工作液為一定濃度的Zn（NO3）2·6H2O和HMT水溶液。為獲得電沉積法制備ZnO的電位范圍，利用電化學(xué)工作站測(cè)試電沉積ZnO過(guò)程中的線性掃描伏安曲線，根據(jù)線性掃描伏安曲線中波峰的位置確定發(fā)生氧化還原反應(yīng)的電位范圍。實(shí)驗(yàn)條件：Zn（NO3）2·6H2O的濃度為0.006 25 mol/L，HMT的濃度為0.003 125 mol/L，沉積溫度為90 ℃。為獲得ZnO納米線的最佳生長(zhǎng)時(shí)間，分別采用0、1、2、3、4 h的沉積時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行同等生長(zhǎng)環(huán)境的ZnO納米線生長(zhǎng)；為確定HMT對(duì)ZnO納米線形貌的調(diào)控作用，在前驅(qū)體初始溶液中分別將Zn2+與HMT物質(zhì)的量比設(shè)定為1∶0.25、1∶0.5、1∶1、1∶1.5和1∶2，Zn2+初始濃度為0.006 25 mol/L。

然后，使用經(jīng)上述步驟所獲得的最佳工藝參數(shù)在發(fā)射極微錐陣列表面制備ZnO納米線。實(shí)驗(yàn)前將陣列表面雜質(zhì)及氧化層使用電拋光去除，電拋光使用2 mol/L的稀鹽酸，恒定電位為30 V，電拋光時(shí)間為0.5 s，拋光后微錐陣列表面露出銀白色金屬光澤，可以進(jìn)行納米線的制備。

最后，對(duì)最佳工藝參數(shù)下制備的ZnO納米線覆層晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面潤(rùn)濕性測(cè)試，測(cè)試前覆層表面烘干無(wú)水分殘留，測(cè)試使用的液體為EMI-BF4離子液體。

2.3 表征方法

使用電化學(xué)工作站測(cè)定電沉積制備ZnO過(guò)程中的線性掃描伏安曲線，以確定沉積電位范圍。測(cè)試選用線性伏安掃描模式，掃描電位范圍為0～-3 V，掃描速率為10 mV/s。使用掃描電子顯微鏡（SEM）表征ZnO納米線的微觀結(jié)構(gòu)。使用X射線衍射儀測(cè)定ZnO納米線樣品的XRD圖譜，以確定ZnO納米線的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)射源為Cu Kα靶，掃描速度為5 （°）/min，掃描范圍為2θ= 5°～90°。

3 結(jié)果與討論

3.1 沉積電位對(duì)ZnO形貌的影響

圖3所示為電沉積ZnO制備過(guò)程中的線性掃描伏安曲線。

從圖3可以看出，在正向掃描過(guò)程中，電流密度隨著電位的正向變化而增加。當(dāng)電位處于－1.2～0 V時(shí)，電流密度的變化較小，電解液處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)；當(dāng)電位處于－2～－1.2 V時(shí)，電流密度變化速率明顯加快，電解液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，NO3-得到電子被還原成NO2-和OH-，OH-與Zn2+結(jié)合形成Zn（OH）2沉淀，Zn（OH）2發(fā)生分解在基底表面沉積形成ZnO晶體；當(dāng)電位低于－2 V時(shí)，電流密度快速變化，說(shuō)明電解液中化學(xué)反應(yīng)比較劇烈、反應(yīng)速率較快，易產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象。因此，制備ZnO納米線的沉積電位應(yīng)為－2～－1.2 V。

為研究沉積電位對(duì)電化學(xué)沉積制備的ZnO納米線形貌的影響，分別用0、－0.5、－1.0、－1.5及－2.0 V的沉積電位制備ZnO進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，沉積時(shí)間為2 h，前驅(qū)溶液中Zn（NO3）2·6H2O與HMT物質(zhì)的量比為0.006 25∶0.003 125。當(dāng)電位為0 V時(shí)（即僅通過(guò)水熱方式，見(jiàn)圖4 a）），只有球狀ZnO生成；當(dāng)電位為－0.5 V時(shí)（見(jiàn)圖4 b）），生成的依然為球狀ZnO，且球狀ZnO的直徑略微增大；當(dāng)電位為－1.0 V時(shí)（見(jiàn)圖4 c）），ZnO表現(xiàn)出網(wǎng)狀和球狀2種形貌，其中網(wǎng)狀形貌占大多數(shù)，球狀ZnO相較于低電位下直徑更大且覆蓋面顯著減少；當(dāng)電位為－1.5 V時(shí)（見(jiàn)圖4 d）），球狀ZnO顆粒幾乎消失，取而代之的為網(wǎng)狀和疏松的團(tuán)簇狀ZnO；當(dāng)電位為－2.0 V時(shí)（見(jiàn)圖4 e）），樣件表面生成線狀ZnO，并且殘留了小部分的團(tuán)簇狀和球狀ZnO。據(jù)此分析，當(dāng)沉積電位較低時(shí)，ZnO沒(méi)有足夠的能量在金屬鎳表面異質(zhì)成核結(jié)晶，而只會(huì)產(chǎn)生雜亂的網(wǎng)狀和松散的團(tuán)簇狀ZnO。球狀ZnO為同質(zhì)成核結(jié)晶，但由于溶液中的生長(zhǎng)基元Zn2+與OH-數(shù)量眾多，碰撞幾率大，所以ZnO晶體僅停留在初步成核階段，在溶液中形成ZnO納米粒子，納米粒子傾向于自組裝成團(tuán)簇球狀以消除高表面能[20-21]。由于缺少暴露的極性晶面，這些球狀ZnO粒子沒(méi)有進(jìn)一步生長(zhǎng)成六方纖鋅礦，而是受溶液熱流驅(qū)動(dòng)粘附在金屬表面。當(dāng)電位達(dá)到－2 V時(shí)，生長(zhǎng)基元具有了足夠的電勢(shì)能，在金屬表面異質(zhì)成核結(jié)晶，與同質(zhì)成核結(jié)晶不同的是，晶粒在固定位置生長(zhǎng)不易自組裝成團(tuán)，同時(shí)還暴露了極性晶面，促進(jìn)溶液中的Zn2+向極性晶面聚集，有利于極性晶面的定向生長(zhǎng)。因此，以下實(shí)驗(yàn)選擇－2 V為ZnO納米線的沉積電位。

3.2 沉積時(shí)間對(duì)ZnO形貌的影響

圖5所示為不同沉積時(shí)間獲得的ZnO微觀形貌。當(dāng)沉積時(shí)間為1 h時(shí)（見(jiàn)圖5 a）），ZnO納米線頂端平均直徑約為193 nm，且c軸（垂直方向）指向性較差，無(wú)明顯六棱柱形貌；當(dāng)沉積時(shí)間為2 h時(shí)（見(jiàn)圖5 b）），ZnO納米線平均直徑約為344 nm，并呈現(xiàn)出較為明顯的六棱柱形貌；當(dāng)沉積時(shí)間為3 h時(shí)（見(jiàn)圖5 c）），ZnO納米線平均直徑約為502 nm，且c軸指向性垂直度較高；當(dāng)沉積時(shí)間為4 h時(shí)（見(jiàn)圖5 d）），ZnO納米線平均直徑達(dá)到了638 nm，但是出現(xiàn)了納米線的融合生長(zhǎng)導(dǎo)致其呈現(xiàn)不規(guī)則多棱柱形貌以及納米線間隙增大的情況。隨著沉積時(shí)間的增加，ZnO納米線頂端直徑增大，分布密度逐漸減小，且c軸取向逐漸垂直于基底，這是因?yàn)閆nO納米線具有極性生長(zhǎng)的特點(diǎn)，當(dāng)溶液中Zn2+含量充足時(shí)ZnO晶體沿c軸生長(zhǎng)的速率大于側(cè)壁生長(zhǎng)速率，隨著沉積時(shí)間的增加，垂直度較差的納米線逐漸被垂直度高的納米線覆蓋，并且隨著納米線直徑變大、間隙減小，有限的生長(zhǎng)空間使得納米線垂直度增高。而垂直生長(zhǎng)的ZnO納米線頂端電場(chǎng)強(qiáng)度較大，使接近頂端的溶液中的Zn2+產(chǎn)生了更強(qiáng)的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力，又促進(jìn)了ZnO納米線的極性生長(zhǎng)?？紤]到密度分布均勻的納米線可以對(duì)離子液體產(chǎn)生穩(wěn)定的毛細(xì)作用，因此選擇3 h為最優(yōu)沉積時(shí)間。

3.3 Zn2+與HMT物質(zhì)的量比對(duì)ZnO形貌的影響

圖6所示為不同前驅(qū)溶液配比獲得的ZnO微觀形貌。當(dāng)Zn2+與HMT物質(zhì)的量比為1∶0.25時(shí)（見(jiàn)圖6 a）），ZnO納米線平均直徑為770 nm，結(jié)構(gòu)頂部呈金字塔狀；當(dāng)物質(zhì)的量比為1∶0.5時(shí)（見(jiàn)圖6 b）），納米線平均直徑為502 nm，呈現(xiàn)出明顯的六方結(jié)構(gòu)；當(dāng)物質(zhì)的量比為1∶1時(shí)（見(jiàn)圖6 c）），納米線平均直徑為334 nm，呈緊密排布的六方結(jié)構(gòu)；當(dāng)物質(zhì)的量比為1∶1.5（見(jiàn)圖6 d））和1∶2（見(jiàn)圖6 e））時(shí)，納米線呈現(xiàn)出細(xì)長(zhǎng)的尖錐結(jié)構(gòu)，平均直徑分別為315 nm和293 nm。HMT對(duì)ZnO納米線形貌具有顯著的調(diào)控作用，當(dāng)HMT濃度增大時(shí)，ZnO納米線總體傾向于生長(zhǎng)成細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)镠MT對(duì)ZnO六方纖鋅礦晶體非極性晶面的生長(zhǎng)具有抑制作用。當(dāng)Zn2+與HMT物質(zhì)的量比值小于1∶0.5時(shí)，ZnO晶體非極性面生長(zhǎng)速度相對(duì)較快，但極性晶面的生長(zhǎng)依然具有優(yōu)先性，由于極性晶面較大且生長(zhǎng)界面附近的生長(zhǎng)基元有限，導(dǎo)致極性晶面由中心優(yōu)先生長(zhǎng)，形成粗壯的金字塔狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)Zn2+與HMT物質(zhì)的量比值大于1∶0.5時(shí)，對(duì)非極性晶面生長(zhǎng)的抑制作用過(guò)于明顯，ZnO納米線直徑顯著減小，由反應(yīng)式（1）可知，由于HMT水解產(chǎn)生了更多的OH-，生長(zhǎng)基元數(shù)量增加，且聚集于極性晶面，晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的尖錐狀，同時(shí)由于納米線直徑較小，具有足夠的生長(zhǎng)空間，因此c軸指向性比較雜亂。當(dāng)Zn2+與HMT物質(zhì)的量比為1∶0.5時(shí)，ZnO納米線直徑適中，極性晶面的生長(zhǎng)基元穩(wěn)定，晶體呈現(xiàn)規(guī)則的六棱柱結(jié)構(gòu)。因此，最終選擇沉積電位為－2 V、沉積時(shí)長(zhǎng)為3 h、Zn（NO3）2·6H2O與HMT物質(zhì)的量比為0.006 25∶0.003 125的前驅(qū)溶液作為電沉積制備ZnO納米線覆層的最優(yōu)工藝參數(shù)。

3.4 ZnO納米線覆層性能檢測(cè)與多維復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備

微錐陣列由一種全周向等量電解刻蝕工藝加工而成[22]，能夠保證微錐陣列較大的高徑比以及良好的結(jié)構(gòu)一致性，其顯微圖像及超景深掃描圖像如圖7 a）—7 b）所示。以刻蝕出的發(fā)射極微錐陣列為基底，使用上述最優(yōu)工藝參數(shù)在其表面制備ZnO納米線覆層。制備完成后發(fā)射極表面形成由微米級(jí)尖錐和納米級(jí)ZnO納米線組成的多維復(fù)合結(jié)構(gòu)，納米線在微錐表面覆蓋完整均勻，SEM表征結(jié)果如圖7 c）—7 d）所示。

圖8為最優(yōu)工藝參數(shù)所得ZnO納米線的XRD圖譜，排除基底鎳的衍射峰外，與標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜（JCPDS：79－2205）中的六方纖鋅礦ZnO的峰位基本一致，其中ZnO的極性晶面（002）的衍射峰最強(qiáng)，說(shuō)明得到了垂直指向性良好的ZnO六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。

對(duì)使用最佳工藝參數(shù)制備的ZnO納米線覆層進(jìn)行表面潤(rùn)濕性測(cè)試，測(cè)試前覆層表面烘干無(wú)水分殘留，測(cè)試使用的液體為EMI-BF4，此離子液體被廣泛應(yīng)用在電噴霧推力器發(fā)射實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用中[23]，液滴大小使用移液器控制為2.5 μL。通過(guò)潤(rùn)濕性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，EMI-BF4液滴接觸ZnO納米線覆層后迅速攤開(kāi)，1 s后的接觸角達(dá)到9°，5 s后接觸角基本為0°，如圖9所示。

而無(wú)ZnO納米線覆層的金屬基底表面，離子液體接觸角約為44°，如圖10所示。由此可知，ZnO納米線覆層對(duì)離子液體的傳輸效率具有顯著的改善作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)電沉積法在發(fā)射極微錐陣列表面制備ZnO納米線覆層，系統(tǒng)分析了沉積電位、沉積時(shí)間和前驅(qū)溶液中Zn2+與HMT添加比例對(duì)ZnO納米線覆層形貌的影響，并驗(yàn)證了ZnO納米線覆層對(duì)離子液體潤(rùn)濕性的提升效果，得出以下結(jié)論。

1）ZnO納米線的沉積電位選擇在－2～－1.2 V為宜，此時(shí)工件表面能夠發(fā)生明顯的電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)不至于反應(yīng)過(guò)于劇烈而發(fā)生濃差極化現(xiàn)象。

2）制備ZnO納米線的最佳工藝參數(shù)為沉積電位為－2 V、沉積時(shí)間為3 h、前驅(qū)溶液中Zn2+與HMT物質(zhì)的量比為1∶0.5。此時(shí)可獲得形貌良好的ZnO六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，且c軸垂直指向性良好。

3）使用最佳工藝參數(shù)在發(fā)射極微錐陣列表面成功制備出形貌良好的多維復(fù)合結(jié)構(gòu)，與離子液滴接觸時(shí)顯示出極小的接觸角。

ZnO納米線覆層可有效提高發(fā)射極表面的離子液體的潤(rùn)濕性，表面被快速潤(rùn)濕也在一定程度上反映出離子液體傳輸效率的提升。但受實(shí)驗(yàn)條件所限，本文尚未驗(yàn)證多維復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)射極表面對(duì)離子液體傳輸效率的提升程度，有待今后進(jìn)一步探究。

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收稿日期：2024-03-12;修回日期：2024-12-12；責(zé)任編輯：丁軍苗

基金項(xiàng)目：江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（JXSS-030）

第一作者簡(jiǎn)介：劉遠(yuǎn)港（1997—），男，江蘇淮安人，碩士研究生，主要從事電化學(xué)沉積技術(shù)及微納制造技術(shù)方面的研究。

通信作者：張彥副教授。E-mail： zhangyanzy@njtech.edu.cn

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