極端電化學(xué)條件下電沉積銀枝晶生長.pdf

1、材料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展對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、開發(fā)和應(yīng)用是目前的熱點課題之一。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諸報道。金屬電化學(xué)沉積是一門古老而又年輕的技術(shù)，過去強(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開發(fā)新型材料及深入認(rèn)識電

2、沉積機(jī)理具有重要的理論和應(yīng)用參考價值。本文在無支持電解質(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銀枝晶生長形貌的影響機(jī)制。主要內(nèi)容如下：◆簡要概述了雙電層結(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銀生長形貌的影響。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間影響晶核數(shù)量、沉積物聚集體的大小和延伸生長形貌；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分形生長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間的延長，形貌的總體變化趨勢為由開放的分枝結(jié)晶向較為致密的生長形貌轉(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)了鮮見報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、電沉積時間，枝晶側(cè)枝的長短、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)條件和不同的電場分布引起的。

5、 ◆在本實驗極端條件下，控制適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)可通過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的銀枝晶。本工藝有可能開辟一種簡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驗極端條件下電沉積機(jī)理有待于進(jìn)一步深入研究。 ◆對極稀的硫酸銅溶液中，沒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。實驗證明，極稀硫酸銅溶液中，較小電流密度及長時間電沉積有利于銅發(fā)散形的線性生長。