CN113463156B - 一种氢氧化镁膜层及其制备方法与系统 - Google Patents

一种氢氧化镁膜层及其制备方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢氧化镁膜层及其制备方法与系统。所述制备方法包括：至少使作为阴极的导电金属基底、阳极与电解液共同构建电化学反应体系，其中，所述电解液包括包含镁离子；使所述电化学反应体系通电进行电解，并且在电解过程中，向所述电解液中同时连续补充添加剂、碱液和硝酸根离子，所述添加剂包括黄原胶以及葡萄糖或其衍生物的组合；促使氢氧化镁膜层向紧密片状排列结构生长，从而在所述阴极表面沉积形成厚度均匀、与导电金属基底结合牢固的氢氧化镁膜层。本发明所制备的氢氧化镁膜层产物厚度均匀，形貌结构富有规律性，与基底结合牢固，解决了以往电沉积法制备的氢氧化镁薄膜容易破裂、剥落、形貌和结构均匀性差等问题。

Description

一种氢氧化镁膜层及其制备方法与系统
技术领域
本发明涉及一种氢氧化镁薄膜的制备方法，尤其涉及一种性能稳定的氢氧化镁膜层及其制备方法与系统，属于氢氧化镁材料制备技术领域。
背景技术
氢氧化镁薄膜是一种新型氢氧化镁材料，可应用交流等离子体显示屏领域，亦可作为氧化镁薄膜制备的前驱体，或者用于氢氧化镁超疏水材料的制备。
目前，业界研发人员采用电沉积法制备氢氧化镁薄膜，该方法具有低温低压、设备要求低、简单易操作的特点，同时也存在制备出的氢氧化镁膜层容易破碎、脱落以及结构和厚度均一性差的缺点。这导致该方法长期处于实验室研究阶段，无法得到大规模应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种性能稳定的氢氧化镁膜层及其制备方法与系统，从而克服现有技术的不足。
为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种氢氧化镁膜层的制备方法，其包括：
至少使作为阴极的导电金属基底、阳极与电解液共同构建电化学反应体系，其中，所述电解液包括包含镁离子；
使所述电化学反应体系通电进行电解，并且在电解过程中，向所述电解液中同时连续补充添加剂、碱液和硝酸根离子，所述添加剂包括黄原胶以及葡萄糖或其衍生物的组合；促使氢氧化镁膜层向紧密片状排列结构生长，从而在所述阴极表面沉积形成厚度均匀、与导电金属基底结合牢固的氢氧化镁膜层，其中，所述阴极的电极电位在-1.8V以上。
在一些优选实施例中，所述电解液中镁离子的浓度为0.01mol/L～5mol/L。
进一步地，在电解过程中，始终保持所述电解液中黄原胶的浓度为0.1～20ppm，葡萄糖或其衍生物的浓度为0.1～20ppm。
进一步地，在电解过程中，始终保持所述电解液的pH值为1.0～4.5。
进一步地，在电解过程中，始终保持所述电解液中镁离子与硝酸根离子的浓度比值为1:1.1～1:5。
在一些优选实施例中，在电解过程中，相对于所述参比电极，所述阴极的电极电位为-1.8V～-0.3V，所述电解的时间为1min～6h，所述电解液的温度为5℃～20℃。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的氢氧化镁膜层，所述氢氧化镁膜层具有紧密片状排列结构且含有空隙。
本发明实施例还提供了一种氢氧化镁膜层的制备系统，其包括：
电化学反应体系，包括作为阴极的导电金属基底、阳极与电解液，其中，所述电解液包括包含镁离子；
添加剂补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充添加剂，所述添加剂包括黄原胶以及葡萄糖或其衍生物的组合；
碱液补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充碱液，以控制电解液的pH值；
硝酸根离子补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充硝酸根离子，以消耗阴极表面析出的氢气；
低温控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对电解液的温度进行控制；
时间控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对电解时间进行控制；以及，
电极电势控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对阴极的电极电势进行控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明以镁盐水溶液为基础电解液，在其中连续添加微量的黄原胶以及葡萄糖、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠和葡萄糖酸钾等葡萄糖酸盐中的一种或几种，确保添加剂含量稳定在一定范围，促使氢氧化镁膜层向紧密片状排列结构生长，有利于提升膜层的均匀性、稳定性和力学性能。同时连续向电解液中补充碱液控制体系pH值，达到控制析氢电位和氢气消解产物的目的；连续向电解液中补充硝酸根离子，确保阴极表面析出的氢气可完全被消耗；通过低温控制系统增强阴极表面极化、促进微量添加剂在阴极表面的吸附；通过控制电极电势，在添加剂作用下，促进氢氧化镁膜层向致密化方向发展；通过控制反应时间，避免氢氧化镁因过厚从阴极表面脱落。本发明所得氢氧化镁膜层产物厚度均匀，形貌结构富有规律性，与基底结合牢固，解决了以往电沉积法制备的氢氧化镁薄膜容易破裂、剥落、形貌和结构均匀性差等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施方案中一种性能稳定的氢氧化镁膜层的制备流程示意图；
图2是本发明一典型实施方案中电解时间对氢氧化镁膜层的影响关系图；
图3是本发明实施例1所得氢氧化镁薄膜的扫描电镜照片；
图4是本发明实施例2所得氢氧化镁薄膜的扫描电镜照片。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是提供了一种通过在电解过程中创造性地增设添加剂、碱液和硝酸盐三大补充系统，并通过制冷系统抑制电解过程中的溶液和电极升温，重点控制电极电势和电沉积时间，形成一种可在金属基底上稳定沉积氢氧化镁膜层的技术方案。
在本发明的主要构思方案中，作为反应的三大连续补充系统和三大控制系统，包括添加剂系统中的微量黄原胶和葡萄糖等成分，补充碱液控制pH值，补充硝酸盐达成氢气完全消耗，采用低温制冷确保添加剂有效吸附，这都是本发明的关键技术特征，除此以外，电极电势和电解时长也是非常关键的。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供的一种氢氧化镁膜层的制备方法包括：
至少使作为阴极的导电金属基底、阳极与电解液共同构建电化学反应体系，其中，所述电解液包括包含镁离子；
使所述电化学反应体系通电进行电解，并且在电解过程中，向所述电解液中同时连续补充添加剂、碱液和硝酸根离子，所述添加剂包括黄原胶以及葡萄糖或其衍生物的组合；促使氢氧化镁膜层向紧密片状排列结构生长，从而在所述阴极表面沉积形成厚度均匀、与导电金属基底结合牢固的氢氧化镁膜层，其中，所述阴极的电极电位正于-1.8V。
在一些优选方案中，所述镁离子来源于镁盐，即所述电解液包含镁盐水溶液，其中的溶质镁盐可以包括氯化镁、硝酸镁、硫酸镁等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述电解液中镁离子的浓度为0.01mol/L～5mol/L。
在一些优选方案中，所述葡萄糖衍生物包括葡萄糖酸和/或葡萄糖酸盐等，其中，所述葡萄糖酸盐包括葡萄糖酸钾、葡萄糖酸钠等，但不限于此。
进一步地，在电解过程中，始终保持所述电解液中黄原胶的浓度为0.1～20ppm，葡萄糖或其衍生物的浓度为0.1～20ppm。
在本发明的电解过程中，为保证阴极表面生成的氢氧化镁具有力学性能稳定的紧密片状排列且具备一定孔隙的结构，需在电解液中加入添加剂，主要为微量的黄原胶以及葡萄糖、葡萄糖酸或葡萄糖酸盐(如葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾)等中的一种或数种。
本发明加入黄原胶的作用机理在于：黄原胶是一种微生物胞外多糖，本案发明人在试验中意外发现，黄原胶与镁盐等具有良好的相容性，易于在镁盐电沉积过程中与之产生协同作用。黄原胶有较宽泛的pH适用范围，本发明涉及的电沉积氢氧化镁过程实际是一个造酸过程，黄原胶的结构在这种pH容易在大范围内发生变化的条件下可保持稳定。同时，黄原胶也是一种有效的增稠剂，少量使用便可显著提升溶液的黏度，通过影响扩散系数改变阴极表面扩散层状态，并通过其长链位阻效应和在所生成的氢氧化镁晶体表面的特性吸附来改变氢氧化镁沉积层的生长趋势。在微量加入黄原胶时，可促进阴极表面生成紧密片状排列结构。
进一步地，黄原胶虽然在电解构筑致密片状排列结构的氢氧化镁沉积层过程中效果显著，但其在配制过程中容易结块，形成的微小的未溶团聚颗粒会影响致密片状排列结构氢氧化镁沉积层的形貌和性能。因此，本案发明人还在电解液中加入了葡萄糖及其衍生物，并意外发现，加入葡萄糖、葡萄糖酸或者葡萄糖酸盐中的一种或数种可显著促进黄原胶在水中的均匀溶解，避免结块现象的产生。同时，葡萄糖、葡萄糖酸或者葡萄糖酸盐可改善电解过程中阴极表面电流分布均匀性，使制备得到的致密片状排列结构氢氧化镁沉积层厚度和结构更为均一。
在一些优选方案中，本发明通常需要将黄原胶和葡萄糖、葡萄糖酸或葡萄糖酸盐(如葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾)在电解液中的浓度都控制在20ppm以内。
在一些优选方案中，本发明通过向电解液中加入葡萄糖、葡萄糖酸或者葡萄糖酸盐(如葡萄糖酸钾、葡萄糖酸钠)等中的一种或多种，使最终所获电解液中中葡萄糖或其衍生物的浓度，以葡萄糖酸根计，其浓度为0.1～20ppm。
在一些优选方案中，所述碱液包括氢氧化钠、碳酸氢钠、氨水、氨气等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，在电解过程中，始终保持所述电解液的pH值为1.0～4.5。
在本发明的电解过程中，电解制备氢氧化镁实质上是一个造酸过程，反应中电解液pH值不断降低。而电解液pH值对阴极表面氢气与硝酸根离子的反应产物有直接影响，相关反应产物有几率掺杂到氢氧化镁膜层中，影响产物性能。pH值还会决定阴极表面的析氢电位，过于强烈的析氢有可能破坏氢氧化镁沉积层的结构，过弱的析氢反应则不利于表面孔隙结构塑造。这些因素综合起来，都会对阴极表面氢氧化镁产物的稳定性产生重大影响，必须加以控制。实验证明，只有将pH值控制在1.0～4.5之间，制备出的氢氧化镁膜层性能才会良好且稳定。
具体的，在本发明中，可用来中和电解液酸度的碱液或碱气有四种，分别是氢氧化钠、碳酸氢钠、氨水和氨气等，它们都可有效控制本发明反应体系电解液的pH值。
在一些优选方案中，所述硝酸根离子来源于硝酸盐，所述硝酸盐包括硝酸钾、硝酸钠等，但不限于此。
进一步地，在电解过程中，始终保持所述电解液中镁离子与硝酸根离子的浓度比值为1:1.1～1:5。
在本发明的电解过程中，硝酸盐是电沉积法制备氢氧化镁薄膜过程中的一项重要原料，硝酸盐提供的硝酸根离子可与阴极表面析出的氢气发生快速反应并将其消耗，避免氢气气泡在阴极表面富集、吸附等，有效消弭电极表面的气泡空烧现象和氢氧化镁薄膜表面的残缺和孔洞等。
进一步地，即便以硝酸盐水溶液为原料进行电解，电解液中的硝酸根浓度并不能满足完全消弭氢气气泡的产生，在使用硫酸镁、氯化镁等作为原料进行电沉积法氢氧化镁薄膜制备时，更是需要在电解液中连续添加硝酸根离子。通常需要保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值介于1:1.1至1:5之间。
在一些优选方案中，所述电化学反应体系为双电极或三电极体系。
进一步地，所述电化学反应体系还包括参比电极，所述参比电极为Ag/AgCl电极，但不限于此。
在一些优选方案中，在电解过程中，相对于所述参比电极，所述阴极的电极电位为-1.8V～-0.3V，所述电解的时间为1min～6h，所述电解液的温度为5℃～20℃。
本案发明人经实验证明，本发明电沉积制备氢氧化镁薄膜过程中，电极表面会大量产热，若不加以控制，电极表面和电解液都会急剧增温。添加剂必须吸附到氢氧化镁表面才能有效发挥作用，而吸附是一个放热过程，在较高温度下较难发生，对于电解液中含量仅为微量的添加剂来说难度更高。因此必须添加制冷控温系统，以控制整个反应体系的温度。通常适宜的体系反应温度为5～20℃。
进一步地，在本发明的电解体系中，较低的电极电势有利于配合添加剂制备出具有紧密片状排列且含一定孔隙的氢氧化镁膜层结构。电沉积制备氢氧化镁过程实质是电解水，阴极表面析氢同时富集的OH-可作为沉淀剂与溶液中的Mg2+反应生成Mg(OH)2。在较低电极电势下(阴极表面相对Ag/AgCl电极正于-1.8V)，阴极表面生成OH-速率较低，生成的Mg(OH)2晶体较易长大，并向片状方向发展。通常适宜的阴极电极电势范围为-1.8V～-0.3V。
进一步地，在本发明的电解体系中，如图2实验数据显示，反应时间过长时，氢氧化镁沉积层容易因为过厚而从阴极表面剥离，导致膜层的完整性被破坏，因此需要对电解时间进行有效把握和控制。在横电流电解过程中，图2中所示的电势波谷便是由于电解过程中氢氧化镁薄膜从阴极表面脱落所致。适宜的电解时间与具体电解条件相关，通常在1min～6h范围内。
在一些优选方案中，所述阳极包括铅板、铂片或表面覆盖有防护涂层的钛板，或者其他惰性金属制品等，但不限于此。
其中，在一些更为具体的实施案例之中，请参阅图1所示，所述性能稳定的氢氧化镁膜层的制备方法首先采用电化学方法在作为阴极的金属表面进行电沉积，所用电解液为镁盐水溶液，所用阳极可为铅板、铂片或涂覆有防护涂层的钛板等。为确保电解制备出的氢氧化镁薄膜性能稳定，需配备添加剂补充系统、碱液补充系统和硝酸盐补充系统，具体包括以下步骤：
步骤1、采用双电极或三电极体系进行电解，所用阴极为导电金属基底，所用阳极为铅板、表面覆盖有防护涂层的钛板、铂片或者其他惰性金属制品。
步骤2、所用电解液为镁盐水溶液，溶质可为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁中的一种或多种，溶液中镁离子浓度介于0.01mol/L～5mol/L之间。
步骤3、通过添加剂补充系统连续加入黄原胶，黄原胶浓度应介于0.1至20ppm之间；同时连续加入葡萄糖、葡萄糖酸或葡萄糖酸盐(如葡萄糖酸钾、葡萄糖酸钠)中的一种或多种，以葡萄糖酸根计，其浓度应介于0.1g/L～20ppm之间。
步骤4、通过碱液补充系统连续加入碱性物质，维持电解液体系pH值介于1.0～4.5之间；所补充的碱液可为氢氧化钠、碳酸氢钠、氨水或氨气中的一种或数种。
步骤5、通过硝酸根离子(NO3 -)补充系统连续加入硝酸盐，保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值介于1:1.1～1:5之间。补充的硝酸盐可为硝酸钾或硝酸钠。
步骤6、通过低温控制系统(或制冷装置)控制反应体系的温度，确保反应体系温度介于5～20℃之间。
步骤7、电解时，通过电极电势控制系统控制阴极电极电位应处于-1.8V～-0.3V之间(相对Ag/AgCl电极)，通过时间控制系统控制电解时长介于1min～6h之间。最终反应制备出厚度均匀、形貌结构富有规律性、与基底结合牢固的紧密片状排列结构氢氧化镁薄膜产物。
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述方法制备的氢氧化镁膜层，所述氢氧化镁膜层具有紧密片状排列结构且含有一定空隙。
进一步地，所述氢氧化镁膜层的厚度为500nm～20μm。
本发明制备的氢氧化镁膜层产物厚度均匀，形貌结构富有规律性，与基底结合牢固，解决了以往电沉积法制备的氢氧化镁薄膜容易破裂、剥落、形貌和结构均匀性差等问题。
相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种氢氧化镁膜层的制备系统，其包括：
电化学反应体系，包括作为阴极的导电金属基底、阳极与电解液，其中，所述电解液包括包含镁离子；
添加剂补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充添加剂，所述添加剂包括黄原胶以及葡萄糖或其衍生物的组合；
碱液补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充碱液，以控制电解液的pH值；
硝酸根离子补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充硝酸根离子，以消耗阴极表面析出的氢气；
低温控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对电解液的温度进行控制；
时间控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对电解时间进行控制；以及，
电极电势控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对阴极的电极电势进行控制。
综上所述，本发明的制备机理在于：以镁盐水溶液为基础电解液，在其中连续添加微量的黄原胶以及葡萄糖、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠和葡萄糖酸钾等葡萄糖酸盐中的一种或几种，确保添加剂含量稳定在一定范围，促使氢氧化镁膜层向紧密片状排列结构生长，有利于提升膜层的均匀性、稳定性和力学性能。同时连续向电解液中补充碱液控制体系pH值，达到控制析氢电位和氢气消解产物的目的；连续向电解液中补充硝酸根离子，确保阴极表面析出的氢气可完全被消耗；通过低温控制系统增强阴极表面极化、促进微量长链添加剂在阴极表面的吸附；通过控制电极电势，在添加剂作用下，促进氢氧化镁膜层向致密化方向发展；通过控制反应时间，避免氢氧化镁膜层因过厚从阴极表面脱落。所得氢氧化镁薄膜产物厚度均匀，形貌结构富有规律性，与基底结合牢固，解决了以往电沉积法制备的氢氧化镁薄膜容易破裂、剥落、形貌和结构均匀性差等问题。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，实施例中的试验方法均按照常规条件进行。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如下各实施例采用的所用试剂均为分析纯。
实施例1
以导电金属为阴极，铅板为阳极，采用双电极体系进行电解。所用电解液为硝酸镁水溶液，其中镁离子浓度为0.1mol/L，采用硝酸根离子补充系统加入硝酸盐，保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值为1:5，所补充的硝酸盐为硝酸钠。采用添加剂补充系统加入黄原胶和葡萄糖，确保电解液中黄原胶浓度为10ppm，葡萄糖浓度为0.1ppm。采用碱液补充系统加入碱液，确保电解液的pH值为1.0，补充的碱液为氢氧化钠。电解时控制阴极表面电极电势相对Ag/AgCl电极为-1.8V，电解液的温度为5℃，电解时长为30min。所得氢氧化镁薄膜产物厚度均匀，厚度为2μm，且形貌结构富有规律性，为紧密排布的片状氢氧化镁形貌，扫描电镜照片如图3所示，与基底结合牢固。
实施例2
以导电金属为阴极，表面覆盖有保护涂层的钛板为阳极，采用三电极体系进行电解，参比电极为Ag/AgCl电极。所用电解液为氯化镁水溶液，其中镁离子浓度为5mol/L，采用硝酸根离子补充系统加入硝酸盐，保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值为1:1.1，所补充的硝酸盐为硝酸钾。采用添加剂补充系统加入黄原胶和葡萄糖，确保电解液中黄原胶浓度为0.1ppm，葡萄糖浓度为0.5ppm。采用碱液补充系统加入碱液，确保电解液的pH值为3.0，补充的碱液为碳酸氢钠。电解时控制阴极表面电极电势相对Ag/AgCl电极为-1.2V，电解液的温度为15℃，电解时长为1min。所得氢氧化镁薄膜产物厚度均匀，厚度为500nm，形貌结构富有规律性，为紧密排布的片状氢氧化镁形貌，扫描电镜照片如图4所示，与基底结合牢固。
实施例3
以导电金属为阴极，铂片为阳极，采用双电极体系进行电解。所用电解液为硫酸镁水溶液，其中镁离子浓度为0.5mol/L，采用硝酸根离子补充系统加入硝酸盐，保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值为1:1.5，所补充的硝酸盐为硝酸钠。采用添加剂补充系统加入黄原胶和葡萄糖，确保电解液中黄原胶浓度为2ppm，葡萄糖浓度为0.1ppm。采用碱液补充系统加入碱液，确保电解液的pH值为2.0，补充的碱液为氨水。电解时控制阴极表面电极电势相对Ag/AgCl电极为-0.3V，电解液的温度为20℃，电解时长为6h。所得氢氧化镁薄膜产物厚度均匀，厚度为20μm，形貌结构富有规律性，为紧密排布的片状氢氧化镁形貌，扫描电镜照片与图3类似，与基底结合牢固。
实施例4
以导电金属为阴极，铂片为阳极，采用双电极体系进行电解。所用电解液为硝酸镁水溶液，其中镁离子浓度为2mol/L，采用硝酸根离子补充系统加入硝酸盐，保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值为1:2.4，所补充的硝酸盐为硝酸钠。采用添加剂补充系统加入黄原胶和葡萄糖，确保电解液中黄原胶浓度为10ppm，葡萄糖浓度为2ppm。采用碱液补充系统加入碱液，确保电解液的pH值为2.3，补充的碱液为氨气。电解时控制阴极表面电极电势相对Ag/AgCl电极为-0.9V，电解液的温度为10℃，电解时长为2h。所得氢氧化镁薄膜产物厚度均匀，厚度为6.8μm，形貌结构富有规律性，为紧密排布的片状氢氧化镁形貌，扫描电镜照片与图3类似，与基底结合牢固。
实施例5
以导电金属为阴极，表面覆盖有保护涂层的钛板为阳极，采用三电极体系进行电解，参比电极为Ag/AgCl电极。所用电解液为氯化镁水溶液，其中镁离子浓度为0.01mol/L，采用硝酸根离子补充系统加入硝酸盐，保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值为1:1.5，所补充的硝酸盐为硝酸钾。采用添加剂补充系统加入黄原胶和葡萄糖酸，确保电解液中黄原胶浓度为20ppm，葡萄糖酸浓度为5ppm。采用碱液补充系统加入氢氧化钠，确保电解液的pH值为4.0，补充的碱液为碳酸氢钠。电解时控制阴极表面电极电势相对Ag/AgCl电极为-1.2V，电解液的温度为15℃，电解时长为10min。所得氢氧化镁薄膜产物厚度均匀，厚度为750nm，形貌结构富有规律性，为紧密排布的片状氢氧化镁形貌，扫描电镜照片与图3类似，与基底结合牢固。
实施例6
以导电金属为阴极，铂片为阳极，采用双电极体系进行电解。所用电解液为硝酸镁水溶液，其中镁离子浓度为3mol/L，采用硝酸根离子补充系统加入硝酸盐，保证镁离子浓度与硝酸根离子浓度比值为1:3，所补充的硝酸盐为硝酸钠。采用添加剂补充系统加入黄原胶、葡萄糖酸钠和葡萄糖酸钾，确保电解液中黄原胶浓度为1ppm，葡萄糖酸钠和葡萄糖酸钾(葡萄糖酸根)的浓度为20ppm。采用碱液补充系统加入碱液，确保电解液的pH值为4.5，补充的碱液为氨水。电解时控制阴极表面电极电势相对Ag/AgCl电极为-0.9V，电解液的温度为20℃，电解时长为1h。所得氢氧化镁薄膜产物厚度均匀，厚度为1.6μm，形貌结构富有规律性，为紧密排布的片状氢氧化镁形貌，扫描电镜照片与图3类似，与基底结合牢固。
对照例1
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：未向电解液中加入黄原胶和葡萄糖。
最终在电极表面沉积的氢氧化镁会大面积脱落，难以形成完整的膜层。
对照例2
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：仅向电解液中加入黄原胶，未加入葡萄糖。结果显示，黄原胶在缺乏葡萄糖的情况下难以均匀溶解，多是以小颗粒的形式存在于溶液中。最终在电极表面沉积的氢氧化镁会大面积脱落，难以形成完整的膜层。
对照例3
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：黄原胶的浓度范围高于20ppm。
结果显示，黄原胶浓度过高会导致制备出的氢氧化镁沉积层过于疏松，且与电极表面结合力差，容易大面积脱落。
对照例4
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：仅向电解液中加入葡萄糖，未加入黄原胶。最终在电极表面沉积的氢氧化镁会大面积脱落，难以形成完整的膜层。
对照例5
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：电解时阴极表面电极电势为-2.0V。
结果显示，电极表面析氢过于剧烈，导致氢氧化镁沉积层大面积脱落。
对照例6
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：未向电解液中补充碱液氢氧化钠，导致pH值为0.5。
结果显示，生成的氢氧化镁沉积层在较强酸性条件下大幅度溶解，电解之后，电极表面几乎没有氢氧化镁膜层存在。
对照例7
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：反应温度过高，为30℃。
结果显示，反应温度升高导致电极极化状况改变，电极表面有明显的气泡产生并滞留，导致制备出的氢氧化镁沉积层表面有大量针孔存在。
对照例8
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：电解时长过长，为8h。
结果显示，氢氧化镁膜层因过厚从阴极表面脱落。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (11)

1.一种氢氧化镁膜层的制备方法，其特征在于包括：
至少使作为阴极的导电金属基底、阳极与电解液共同构建电化学反应体系，其中，所述电解液包括包含镁离子；
使所述电化学反应体系通电进行电解，并且在电解过程中，向所述电解液中同时连续补充添加剂、碱液和硝酸根离子，所述添加剂包括黄原胶以及葡萄糖或葡萄糖衍生物的组合，并始终保持所述电解液中黄原胶的浓度为0.1～20 ppm，葡萄糖或葡萄糖衍生物的浓度为0.1～20 ppm，且始终保持所述电解液的pH值为1.0～4.5；促使氢氧化镁膜层向紧密片状排列结构生长，从而在所述阴极表面沉积形成厚度均匀、与导电金属基底结合牢固的氢氧化镁膜层，其中，所述阴极的电极电位在-1.8V以上，所述电解的时间为1min～6h。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述镁离子来源于镁盐，所述镁盐包括氯化镁、硝酸镁、硫酸镁中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述电解液中镁离子的浓度为0.01 mol/L～5 mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述葡萄糖衍生物包括葡萄糖酸和/或葡萄糖酸盐，所述葡萄糖酸盐包括葡萄糖酸钾和/或葡萄糖酸钠。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱液包括氢氧化钠、碳酸氢钠、氨水中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硝酸根离子来源于硝酸盐，所述硝酸盐包括硝酸钾和/或硝酸钠；和/或，在电解过程中，始终保持所述电解液中镁离子与硝酸根离子的浓度比值为1:1.1～1:5。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电化学反应体系为双电极或三电极体系；
和/或，所述阳极包括铅板、铂片或涂覆有防护涂层的钛板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：当所述电化学反应体系为三电极体系时，所述电化学反应体系还包括参比电极，所述参比电极为Ag/AgCl电极。
8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在电解过程中，相对于所述参比电极，所述阴极的电极电位为-1.8 V～-0.3 V，所述电解的时间为1min～6h，所述电解液的温度为5℃～20℃。
9.由权利要求1-8中任一项所述方法制备的氢氧化镁膜层，所述氢氧化镁膜层具有紧密片状排列结构且含有空隙。
10.根据权利要求9所述的氢氧化镁膜层，其特征在于：所述氢氧化镁膜层的厚度为500nm~20µm。
11.一种氢氧化镁膜层的制备系统，其特征在于包括：
电化学反应体系，包括作为阴极的导电金属基底、阳极与电解液，其中，所述电解液包括包含镁离子；
添加剂补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充添加剂，所述添加剂包括黄原胶以及葡萄糖或其衍生物的组合；
碱液补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充碱液，以控制电解液的pH值；
硝酸根离子补充系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中向所述电解液中连续补充硝酸根离子，以消耗阴极表面析出的氢气；
低温控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对电解液的温度进行控制；
时间控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对电解时间进行控制；以及，
电极电势控制系统，其至少用以在对所述电化学反应体系通电进行电解的过程中对阴极的电极电势进行控制。
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