極端電化學(xué)條件下電沉積銀枝晶生長(zhǎng).pdf

1、材料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展對(duì)具有特殊功能和用途的材料提出更高的要求。新型功能材料尤其納米材料的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是目前的熱點(diǎn)課題之一。銀作為導(dǎo)電和導(dǎo)熱性最強(qiáng)的金屬，廣泛應(yīng)用于催化、光學(xué)(照相制版、拉曼光譜表面增強(qiáng))、超導(dǎo)、化工、醫(yī)學(xué)、電子、電器等領(lǐng)域，化學(xué)法生成的各種形貌銀材料不斷見(jiàn)諸報(bào)道。金屬電化學(xué)沉積是一門(mén)古老而又年輕的技術(shù)，過(guò)去強(qiáng)調(diào)的是裝飾性和防腐性。傳統(tǒng)的電化學(xué)研究通常忽視了極端條件的情況，該條件下電沉積的研究對(duì)開(kāi)發(fā)新型材料及深入認(rèn)識(shí)電

2、沉積機(jī)理具有重要的理論和應(yīng)用參考價(jià)值。本文在無(wú)支持電解質(zhì)和添加劑的稀硝酸銀溶液中，未采用任何限域性模板或軟模板，而通過(guò)直接電沉積在導(dǎo)電玻片上獲得了幾種新型的具有分形特征的銀枝晶，并初步探討了不同工藝條件對(duì)銀枝晶生長(zhǎng)形貌的影響機(jī)制。主要內(nèi)容如下：◆簡(jiǎn)要概述了雙電層結(jié)構(gòu)、液相傳質(zhì)和金屬電結(jié)晶原理，綜述了有關(guān)金屬電沉積以及枝晶分形生長(zhǎng)若干方面的研究進(jìn)展。 ◆采用恒電流方法研究了極端條件下不同工藝條件對(duì)銀生長(zhǎng)形貌的影響。SEM表征表明，

3、在一定的濃度和電流密度范圍內(nèi)，電解液濃度和電沉積時(shí)間影響晶核數(shù)量、沉積物聚集體的大小和延伸生長(zhǎng)形貌；電流密度不僅影響沉積物聚集體內(nèi)晶粒的大小，而且顯著改變其形貌。且在陰陽(yáng)極間隔膜孔隙率低的條件下生成了分形維數(shù)介于二維和三維之間的分形生長(zhǎng)的銀枝晶。XRD圖譜表明銀枝晶晶粒具有面心立方的晶體結(jié)構(gòu)。 ◆在陰陽(yáng)極間隔膜孔隙率低的條件下，探討了極端條件下不同工藝條件對(duì)分形生長(zhǎng)的銀枝晶形貌的影響。結(jié)果表明，在電極表面沉積物形貌為密枝形，隨著

4、電流密度的增大以及時(shí)間的延長(zhǎng)，形貌的總體變化趨勢(shì)為由開(kāi)放的分枝結(jié)晶向較為致密的生長(zhǎng)形貌轉(zhuǎn)變；隨著硝酸銀濃度的增大，沉積物聚集體尺寸增大。特別引起我們興趣的是，在電極側(cè)面出現(xiàn)了鮮見(jiàn)報(bào)道的不同形貌的具有分形特性的銀枝晶。改變電流密度、電解液濃度、電沉積時(shí)間，枝晶側(cè)枝的長(zhǎng)短、粗細(xì)、大小亦發(fā)生變化，初步推斷了各因素的影響機(jī)理。側(cè)面枝晶形貌與電極表面的枝晶形貌不同，主要是由電極側(cè)面和表面不同的物理狀態(tài)、不同的傳質(zhì)條件和不同的電場(chǎng)分布引起的。

5、 ◆在本實(shí)驗(yàn)極端條件下，控制適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)可通過(guò)直接電沉積得到銀納米顆粒的梅花狀聚集體和側(cè)枝為納米尺度的不同形貌分形生長(zhǎng)的銀枝晶。本工藝有可能開(kāi)辟一種簡(jiǎn)單的直接電沉積制備納米銀枝晶的新思路。枝晶形貌的分形特征分析及本實(shí)驗(yàn)極端條件下電沉積機(jī)理有待于進(jìn)一步深入研究。 ◆對(duì)極稀的硫酸銅溶液中，沒(méi)有任何模板的極端條件下金基底上銅的電沉積進(jìn)行了初步嘗試。實(shí)驗(yàn)證明，極稀硫酸銅溶液中，較小電流密度及長(zhǎng)時(shí)間電沉積有利于銅發(fā)散形的線性生長(zhǎng)。