基本定義及優(yōu)點

序列實驗是一種實驗方法，通過連續(xù)進(jìn)行一系列有序的實驗步驟，逐步改變一個或多個參數(shù)或條件，以系統(tǒng)地研究和觀察實驗體系的行為和性質(zhì)。

其主要具有以下優(yōu)點：

（1）序列實驗的設(shè)計使得研究者可以系統(tǒng)地研究和了解不同參數(shù)或條件對實驗系統(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）通過逐步改變參數(shù)或條件，序列實驗可以幫助研究者逐步探索實驗系統(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。

（3）序列實驗的設(shè)計使得不同實驗條件下的結(jié)果可以進(jìn)行直接的比較和分析。這有助于確定參數(shù)對實驗系統(tǒng)的影響程度，并識別關(guān)鍵因素。

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

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

DH7000系列序列實驗設(shè)置

通過DH7000系列電化學(xué)工作站可進(jìn)行序列實驗和循環(huán)實驗，序列實驗是用戶可以將兩種或多種電化學(xué)測試方法編輯到一個序列實驗中，每兩種方法之間可以選擇連續(xù)測試或者獨立測試，一個序列實驗可以完成多個方法的測試，可以很大程度上提高研究人員的工作效率。循環(huán)實驗是針對某些需要多次重復(fù)測試的實驗體系，可以在進(jìn)行序列實驗時設(shè)置多次循環(huán)測試，節(jié)省研究人員的寶貴時間。

圖1 序列實驗選擇界面

按圖1所示選擇循環(huán)實驗，在循環(huán)實驗一欄可以輸入實驗所需循環(huán)次數(shù)，默認(rèn)為1次，然后點擊下圖左側(cè)插入按鈕，即可插入各種電化學(xué)方法。然后通過左側(cè)向上、向下按鈕可調(diào)整電化學(xué)實驗方法順序。將各個方法的參數(shù)設(shè)置完成即可開始進(jìn)行序列實驗。也可以將單個實驗方法做循環(huán)測試，還可以將序列試驗嵌套入循環(huán)試驗中做循環(huán)測試。

圖2 序列實驗選擇插入實驗方法界面

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驗測試。下面通過一個測試案例，給大家提供一種使用序列實驗研究兩組分金屬沉積過程的方法。

圖3 序列實驗選擇方法參數(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對測試體系施加脈沖電流值，設(shè)置不同的脈沖寬度以及每點時間，進(jìn)行電壓信號采集。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，可實現(xiàn)恒電流電沉積。恒電流電沉積可以控制沉積時間，確定金屬離子沉積過程所消耗的電量。

線性掃描伏安法可以通過正向掃描或反向掃描來反應(yīng)體系發(fā)生的氧化或還原變化。通過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，改變沉積時間，觀察溶出峰的變化，可用于判斷是否能通過沉積時間來控制沉積厚度以及沉積金屬中的比例關(guān)系。

測試體系

4.1銀銅金屬離子沉積過程的研究

1）三電極體系：WE+SE-玻碳電極，RE-飽和甘汞電極，CE-鉑絲。

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

3）測試方法：序列實驗→快速電流脈沖→線性掃描伏安法

4）實驗參數(shù)設(shè)置：快速電流脈沖→起始電流0mA，持續(xù)時間2s，階躍電流0.8ASD，持續(xù)時間分別為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；測試結(jié)果如下圖所示。

圖4 先沉積時間15s在線掃的結(jié)果曲線

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

圖5 采用序列實驗測試結(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，在沉積時間為15s時，銀的氧化峰明顯比銅的氧化峰低，說明銅離子是先沉積的，隨著沉積時間的增加，銀的氧化峰迅速增大，說明銀的沉積速率更快，而且隨著沉積時間的增加，銀和銅的氧化峰都隨之增大，說明體系沉積銀銅合金的厚度可以通過改變沉積時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。還可以根據(jù)銀和銅氧化峰的積分面積，通過沉積消耗的電量計算雙金屬沉積的比例關(guān)系。

總結(jié)

通過序列實驗可以進(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序列實驗進(jìn)行組合，可以通過改變沉積時間研究兩組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驗效率。序列實驗是一種有序連續(xù)的實驗方法，具有系統(tǒng)性、全面性和逐步探索的特點，能夠提供可比性的結(jié)果和可靠的數(shù)據(jù)，對于研究和了解實驗系統(tǒng)的性質(zhì)和行為具有重要意義。因此使用好序列實驗方法可以進(jìn)行很多有實用價值的研究。