Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Ларина Наталья Владимировна

Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах
<
Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ларина Наталья Владимировна. Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 Тюмень, 2005 192 с. РГБ ОД, 61:05-2/538

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Электроосаждение металлов и сплавов (литературный обзор)

1.1. Механизм электроосаждения металлов 9

1.1.1. Монослойное осаждение 10

1.1.2. Образование центров кристаллизации 14

1.1.3. Многослойное осаждение 16

1.1.4. Особенности электроосаждения металлов из комплексных электролитов 19

1.2. Электроосаждение сплавов 21

1.2.1. Кинетические закономерности совместного электроосаждения металлов 22

1.2.2. Влияние состава электролита и условий электролиза на состав сплава 25

1.3. Размерные эффекты в электрохимических системах 30

1.4. Возможности метода инверсионной вольтамперометрии 33

1.5. Закономерности электрохимического образования и поведения бинарных систем на твердых электродах 35

1.6. Моделирование процессов электроосаждения 41

ГЛАВА 2. Методика эксперимента

2.1. Приготовление растворов 47

2.2. Исследования начальных стадий электроосаждения металлов и сплавов 49

2.2.1. Метод инверсионной вольтамперометрии 51

2.2.2. Потенциостатические измерения 52

2.2.3. Гальваностатические исследования 52

2.2.4. Микрофотографические исследования 53

ГЛАВА 3. Исследование взаимодействий металлов в тонкодисперсных бинарных системах методом инверсионной вольтамперометрии

3.1. Системы Ag-Cu и Cu-Ag 54

3.2. Системы Ag-Bi и Bi-Ag 61

3.3. Системы Ag-Co и Co-Ag 67

3.4. Системы Zn-Ni и Ni-Zn 74

3.5. Системы Zn-Co и Co-Zn 83 Выводы 89

ГЛАВА 4. Изучение морфологии поверхности осадков на начальных стадиях осаждения

4.1. Морфология поверхности осадков Ag и Си 90

4.2. Морфология поверхности осадков Ag и Bi 94 Выводы 101

ГЛАВА 5. Потенциостатическая модель формирования тонкодисперсных осадков при электроосаждении металлов

5.1. Обоснование к построению модели 102

5.2. Образование и рост тонко дисперсных осадков при электроосаждении металлов 106

5.3. Экспериментальные потенциостатические кривые осаждения металлов 111

5.4. Модельная обработка результатов эксперимента 120

5.5. Потенциостатические кривые совместного осаждения металлов 131

Выводы 133

ГЛАВА 6. Изучение механизма образования и роста осадков при гальваностатическом осаждении металлов

6.1. Кинетика образования и роста тонкодисперсного осадка при постоянном токе 134

6.2. Диффузионный рост тонкодисперсного осадка при постоянном токе 141

6.3. Формирование тонкодисперсных осадков серебра на СУ электроде 146

6.4. Формирование тонкодисперсных осадков висмута на СУ электроде 150

6.5. Образование и рост тонкодисперсных осадков меди на СУ электроде в гальваностатических условиях 155

6.6. Образование и рост дисперсных осадков цинка в гальваностатических условиях 163

Выводы 168

Общие выводы 169

Литература 171

Введение к работе

Актуальность работы.

Электроосаждение металлов является одним из эффективных методов получения покрытий с заданными свойствами.

В электрохимических процессах реализуются размерные эффекты
различной природы. Наиболее выражены данные эффекты для нано- и
ультрадисперсных частиц [1-3]. В последние годы возрос интерес к размерным
эффектам, поскольку процессы, протекающие в таких системах, лежат в основе
технологий получения тонких, беспористых токонесущих, магнитных и
защитных слоев.
v% Процесс формирования ультрадисперсных частиц начинается с

образования зародышей металлов, после чего начинается рост новой фазы.

Изучение механизма образования зародышей новой фазы имеет большое теоретическое и прикладное значение, так как именно на начальных стадиях закладываются многие свойства гальванических покрытий и нанодисперсных материалов.

В настоящее время имеется тенденция вытеснения индивидуальных металлов их сплавами, имеющими более широкий спектр свойств.

Электрохимическое выделение двух и более элементов, сопряжено не
только с взаимодействием каждого компонента образующейся системы, но и с
^ возможными их взаимодействиями друг с другом при построении общей

кристаллической решетки с образованием твердых растворов, интерметаллических (и.м.с.) и химических (х.с.) соединений, о чем свидетельствуют исследования в области гальванических сплавов.

Сложность обусловлена тем, что даже для простых случаев, когда на
катоде разряжаются ионы одного вида, механизм восстановления ионов не
выявлен до конца. Тем более трудно выяснить механизм разряда при совместном
^, восстановлении нескольких ионов различного вида.

Поскольку структура и физико-химические свойства покрытий в значительной степени определяются особенностями начальных стадий электрокристаллизации, т.е. образованием кристаллических зародышей и их последующим ростом вплоть до формирования сплошного осадка, возникает необходимость более детального исследования данных процессов и их моделирование.

Цели работы:

разработать модель формирования тонкодисперсных осадков металлов в потенциостатических условиях;

исследовать механизм образования и роста осадков в гальваностатических условиях;

изучить взаимодействия элементов в тонкодисперсных бинарных системах.

Научная новизна.

На основании изучения закономерностей образования и роста тонкодисперсных металлических осадков на поверхности индифферентного электрода и их морфологии дано описание потенциостатической модели формирования тонкодисперсного осадка. Дан расчет размеров и числа зародышей, найдено соответствие с микроскопическими наблюдениями.

Впервые предложена гальваностатическая модель образования и роста тонкодисперсного осадка на поверхности электрода. Показано, что определяющим фактором является соотношение между значениями поверхностной энергии осадка, подложки и межфазной поверхностной энергии на границе ультрадисперсная среда/подложка. Показано, что при гальваностатическом осаждении металлов на индифферентную подложку E-t кривые характеризуются минимумом на начальном участке.

7 Приведены расчеты размеров и числа зародышей в точке минимума на

E-t кривой, дана оценка поверхностной энергии зародышей Bi и Ag.

На основании изучения закономерностей роста тонкодисперсных осадков металлов в условиях инверсионной вольтамперометрии и метода I-t кривых показано, что формирование «островковых» пленок происходит по механизму сплошных пленок. В этих условиях подвижность атомов металла на поверхности электрода достаточна для образования равновесных фаз в виде «островков».

Методом инверсионной вольтамперометрии исследовано формирование тонкодисперсных осадков Ag-Cu, Ag-Bi, Ag-Co, Zn-Ni, Zn-Co.

Практическая значимость.

Полученные в работе результаты вносят определенный вклад в изучение кинетики и механизма образования и роста ультрадисперсных осадков при электроосаждении металлов и сплавов и дают возможность целенаправленного получения покрытий с заданными свойствами.

Выражения для расчета размеров и числа зародышей могут найти применение в практике электроосаждения металлов.

Результаты работы дают также возможность планировать аналитический эксперимент при совместном осаждении металлов на твердых электродах.

На защиту выносятся:

  1. Потенциостатическая модель формирования тонкодисперсных осадков металлов и их соединений на поверхности индифферентного электрода. Результаты расчета размеров и числа зародышей.

  2. Гальваностатическая модель образования и роста тонко дисперсных осадков металлов на поверхности индифферентного электрода.

  3. Способы расчета радиуса зародышей и их числа из гальваностатических кривых.

4. Рассмотрение закономерностей взаимодействия в системах, исходя из

инверсионных вольтамперных измерений.

  1. Уравнения гальваностатических кривых для диффузионных процессов осаждения металлов в виде тонкодисперсной фазы.

  2. Анализ влияния поверхностного натяжения на рост изолированных зародышей в гальваностатических условиях.

Влияние состава электролита и условий электролиза на состав сплава

Электроосаждение металлов может протекать с образованием слоистых осадков, блоков, пирамид, складчатых осадков. Кроме этого, имеются спиралеобразные формы роста, дендриты и нитеобразные кристаллы.

Одной из проблем электрохимического роста кристаллов является механизм образования видимых ступеней.

На плоской плотноупакованной поверхности на некотором расстоянии друг от друга возникают и распространяются первые одноатомные ступени. Если они уходят далеко от мест их возникновения, то это может служить признаком концентрирования и укрупнения ступеней. Этот процесс объединения мелких, поначалу одноатомных ступеней в более крупные ступени иногда называют группированием. Слои делаются видимыми на некотором расстоянии от центральной части плоской грани кристалла; по мере распространения их по поверхности в направлении к кромке грани они утолщаются и становятся видимыми, в то время как расстояние между ними медленно возрастает. Видимых ступеней в центральной части грани наблюдать не удается. Это дает основание предположить, что в точках их образования ступени имеют значительно меньшую высоту, равную, возможно диаметру одного атома, и что по мере распространения по поверхности они концентрируются, образуя ступени больших размеров, которые, в конце концов, становятся видимыми. Тщательное изучение пирамидальных форм роста подтверждает концепцию группирования. Поверхности боковых граней близ вершины пирамиды часто бывают зеркально-плоскими, в то время как у основания видны наслоения. Предполагают, что гладкие участки граней пирамид образованы множеством мелких, возможно одноатомных, ступеней и что последние возникают у вершины пирамид, откуда и распространяются одна за другой. Однако, приближаясь к основанию, они сливаются, образуя видимые ступени. Такие формы роста наблюдаются при электроосаждении свинца, серебра и кадмия. Для случая слоистого роста Фишером был предложен другой механизм образования устойчивых макроступеней. На некоторых активных участках катода возникают двухмерные центры кристаллизации, и образуется одноатомный слой. Ионы, достигая катода в любой точке, диффундируют затем к одноатомной ступени, находящейся на кромке слоя, где и происходит их включение в решетку. Одноатомная ступень, таким образом, продвигается вперед, и слой распространяется по поверхности. Теперь новообразованный слой должен распространяться над предшествующим и, таким образом, образование макроступени будет происходить в результате «нагромождения» многих одноатомных слоев. При этом раствор вблизи образуемого макрослоя истощается и образование центров кристаллизации новых слоев над старыми затрудняется. Кроме этого адсорбция на образующемся слое посторонних атомов или примесей из раствора может совсем блокировать образование центров кристаллизации новых слоев. В результате поверхность становится пассивной и образование кристаллов должно перейти на другие участки катода. Данный процесс повторяется, появляются слои, имеющие много видимых ступеней. Маловероятно, что новые слои также инициируются центрами кристаллизации, т.к. рост протекает даже при низком перенапряжении. Более вероятно, что рост продолжается по механизму винтовой дислокации [1, 12]. Рост кристалла по механизму винтовой дислокации протекает следующим образом. На поверхности возникает дислокация, образующая одноатомную ступень. Эта ступень распространяется от точки, где возникла дислокация до кромки поверхности. При осаждении ступень будет обеспечивать рост путем своего вращения, причем один конец ее будет зафиксирован в месте расположения выхода дислокации. Таким образом, первоначальная дислокация разовьется в спиральный фронт роста. На поверхности может быть не одна, а большее число дислокаций. Поэтому одновременно могут развиваться несколько спиралевидных фронтов роста, обеспечивающих выделение металла с низким перенапряжением. Посторонние атомы и молекулы, включенные в осадок, нарушают структуру решетки и способствуют появлению на ее поверхности дислокаций в процессе электровыделения металла. Таким образом, появление кристаллического дефекта на поверхности облегчает процесс кристаллизации. При достаточном числе дислокаций на единице поверхности, т.е. при высокой плотности дефектов, вообще отпадает необходимость в создании двухмерных зародышей [5]. В ранней стадии электрокристаллизации осаждаемые ионы включаются в решетку субстрата. Влияние субстрата на ориентацию осадка наблюдается только до определенного предела, после которого возникают отклонения от роста, характеризуется образованием в осадке двойников, что приводит к образованию поликристаллического осадка. При длительном проведении электроосаждения поликристаллический осадок образуется всегда [4].

При электроосаждении наибольшее значение имеет ориентация относительно оси, перпендикулярной к поверхности катода, т.е. оси, совпадающей с направлением роста осадка. Если такая ориентация имеется, то говорят о текстурированном осадке и о текстуре, отвечающей ориентации определенного типа грани [5]. Полагают, что условия электроосаждения благоприятствуют предпочтительному росту кристаллов, имеющих некоторые главные растущие грани, расположенные нормально по отношению к субстрату; линия пересечения этих граней представляет собой ось текстуры. Какие из граней будут развиваться нормально к поверхности субстрата, зависит от условий электроосаждения.

Закономерности электрохимического образования и поведения бинарных систем на твердых электродах

Существенное отличие процессов совместного разряда - ионизации нескольких элементов на поверхности твердого электрода заключается в том, что электрохимическое выделение двух и более элементов сопряжено не только со взаимодействием каждого компонента образующейся системы с электродом, но и с возможными их взаимодействиями друг с другом при построении общей кристаллической решетки с образованием твердых растворов, интерметаллических и химических соединений [56, 57].

При электролизе растворов, содержащих микроконцентрации ионов двух элементов.Me и Me/ , совместно восстанавливающихся до элементного состояния, на твердом индифферентном электроде образуются бинарные осадки. Для этих осадков процессы разряда-ионизации можно описать реакциями [58]: бинарных сплавов. Различают несколько основных типов сплавов [7, 30]: 1. Сплавы типа твердых растворов (замещения или внедрения). В растворах типа замещения часть атомов металла-растворителя в кристаллической решетке заменена атомами растворенного компонента; в растворах внедрения растворенные атомы занимают места между узлами решетки. Таким образом, эти сплавы имеют кристаллическую решетку, близкую к решетке одного из компонентов (растворителя). Образование твердых растворов довольно характерно для электрохимически осажденных сплавов. Сплавы, полученные металлургически, также образуют твердые растворы, но обычно растворимость одного компонента в другом при комнатной температуре довольно низка (порядка 1% и менее) и становится существенной только при сильном нагреве. Высокая растворимость наблюдается - хотя и не всегда - в тех случаях, когда компоненты имеют однотипные решетки, периоды которых различаются не более чем на 15%. При электроосаждении из водных растворов часто возникают метастабильные пересыщенные твердые растворы (с концентрацией растворенного компонента порядка 10% и выше). Пересыщенные твердые растворы обычно состоят из очень мелких кристаллов и могут распадаться при нагреве. Твердыми растворами являются осадки сплавов Fe-Ni, Fe-Co, Cu-Ni, ряд сплавов меди и серебра с легкоплавкими металлами, некоторые сплавы на основе благородных металлов. Образование пересыщенных твердых растворов наблюдались при выделении сплавов меди с оловом, свинцом, висмутом и кадмием, серебра с висмутом и таллием, никеля с палладием и висмутом. 2. Сплавы интерметаллического типа (интерметаллиды). Такие сплавы имеют кристаллическую решетку, отличную от решеток индивидуальных компонентов. Это легко обнаруживается с помощью рентгенографического исследования. Множество интерметаллических соединений, каждое из которых имеет определенную химическую формулу типа АхВу, изучены, их рентгеноструктурные характеристики (межплоскостные расстояния и относительные интенсивности линий) табулированы, и поэтому идентификация такого соединения, образовавшегося при электрокристаллизации, не представляет сложности. Эти сплавы являются однофазными, т.е. состоят из однотипных кристаллов (зерен). Их свойства могут сильно отличаться от свойств индивидуальных компонентов. Примерами интерметаллидов являются: CuZn, AgZn, AgCd, Niln, AgsZng, CuZn3. Интерметаллиды возникают также в системах: Cu-In, Ag-In, Cu-Cd, Au-Cd и т.д. При электрокристаллизации могут возникать неравновесные (метастабильные) интерметаллиды. Их образованию способствует высокое перенапряжение, связанное с осаждением из комплексных электролитов или с адсорбцией ПАВ. 3. Сплавы типа механической смеси. Эти сплавы напоминают металлургические сплавы эвтектического типа и состоят из мелких беспорядочно перемешанных кристаллов (блоков) двух фаз. Кристаллы, как правило, можно характеризовать по форме (равноосные, вытянутые, пластинчатые) и по размеру. Кристаллы каждой фазы могут иметь свою форму и распределение по размерам. Иногда, например, вторая фаза может образовывать мелкие кристаллы, локализованные по границам более крупных кристаллов первой фазы. Под сплавами типа механической смеси обычно подразумевают двухфазные системы из чистых компонентов, т.е. каждый кристаллик представляет собой металл А или В, имеющий соответствующую кристаллическую решетку. К этому типу сплавов относятся: Sn-Pb, Cd-Zn, Zn-Sn, Cu-Ni, Cu-Pb, Au-Cu. 4. Сплавы аморфного типа. Данные сплавы являются предельным случаем твердых растворов. Они формируются при высоких перенапряжениях и имеют жидкоподобный характер. Их структуру нельзя охарактеризовать по форме и размерам зерен, т.к. они настолько высокодисперсны, что большая часть атомов находится на межзеренных границах. Аморфные сплавы нередко являются очень твердыми, коррозионностойкими. Образуются аморфные сплавы при соосаждении неметаллических компонентов (аморфизаторов), роль которых, видимо, заключается в затруднении отдельной кристаллизации второго компонента и резком замедлении диффузионных процессов, приводящих к упорядочению. 5. Наряду с этими основными типами могут формироваться сплавы смешанного характера, т.е. содержащие одновременно несколько различных фаз, например, твердый раствор на основе одного из компонентов плюс интерметаллид, различные интерметаллиды или твердые растворы. Такие сплавы называют многофазными и иногда относят к механическим смесям. Х.З. Брайнина и Е.Я. Нейман предложили использовать для описания бинарных систем подход, предполагающий, что ток растворения і-того компонента и полученной на электроде системы определяется активностью этого компонента в ней [57].

Образование и рост тонко дисперсных осадков при электроосаждении металлов

Образование тонкодисперсных осадков серебра - один из тех процессов, для которых осуществима правильная интерпретация результатов, поскольку при этом не приходится отклоняться от рассмотренной модели в 6.2. С одной стороны, в этом процессе диффузия является лимитирующей стадией, с другой стороны, зародыши серебра имеют почти сферическую форму, хотя форма отдельно взятого зародыша не имеет существенного значения, поскольку рассматривается совокупность зерен малых размеров в виде дисперсной системы.

Изучение начальных стадий электроосаждения серебра проводилось на различных фонах: азотнокислом, сернокислом и хлоридно-аммиачном. Транзиенты потенциала на азотнокислом и сернокислом фонах ничем не отличаются по своему виду (рис. 6.3). В хлоридно-аммиачном растворе начальные скачки потенциалов меньше, чем на других фонах (6.4).

Как видно из рис. 6.3, 6.4 на начальных участках E кривых имеются максимумы, на самой кривой имеется минимум. Анализ точек минимума, как было показано выше, позволяет рассчитать число зародышей и средние размеры зародышей. Предварительное изучение кривых восстановления серебра (I) на осажденной поверхности позволило найти величину наклона RT , используемой в расчетах; она оказалась равной 0,0265±0,0005.

На рис. 6.5 показаны E кривые в полулогарифмических координатах, полученные на осажденной поверхности (кр. 1) и на поверхности стеклоуглерода (кр. 2). При снятии кривой 2 начальный потенциал выбирали положительнее равновесного потенциала осадка серебра, он составлял 0,3 В (Hac.Ag/AgCl эл.). Величина наклона прямой 1 равна 0,0268 В. На кривой 2 прослеживается минимум при /т;„=0,63 с. К сожалению, определение поверхностного натяжения и поверхностной энергии зародышей серебра представляет собой очень сложную задачу. В этом случае необходимо регистрировать транзиенты потенциала за доли секунды, чтобы создать условия образования изолированных зародышей. Оценка поверхностного натяжения зародышей серебра в растворе 0,1М K2SO4 показала, что сг=5,82-10"5 /см2, Гд = 1,98-10"7см, что близко к поверхностной энергии граней серебра (111) и (100) [10]. В растворе 0,1М KNO3 фазовое перенапряжение не обнаружено. Результаты расчета приведены в таблице 6.1. Видно, что наблюдается постоянство 1т в интервале токов 12-Н30 мкА. Для осажденной поверхности переходное время тос несколько больше. По сравнению с т для осаждения серебра на стеклоуглеродный электрод, что свидетельствует о правильности предлагаемой модели. Для трактовки правильности полученных результатов следует исходить из того, что после перекрывания диффузионных зон роста зародышей площадь реакционной поверхности становится равной площади поверхности электрода, поскольку їх эквивалентно количеству прореагировавшего вещества, в данном случае количеству осажденного серебра. Из таблицы 6.1 также видно, что величина Ь п близка к расчетной величине 0,9474. Можно утверждать, что E кривые правильно описываются уравнением (6.22). Все кривые на начальном участке имеют пики фазового перенапряжения, из которых находились значения г\ф как разность потенциалов в точке максимума и равновесным потенциалом осадков металлов в этом же растворе, учитывая при этом электрохимическое перенапряжение. Для сравнения показаны кривые восстановления металлов на осажденной поверхности. Было установлено, что в изучаемом интервале плотностей тока перенапряжение Цф связано с плотностью тока линейной зависимостью, подобной тафелевской. Время достижения максимума зависит от плотности тока, так что выполняется уравнение Установлено также, что в изученном интервале плотностей тока наблюдается постоянство произведения 7т . В таблице 6.2 приведены результаты измерения переходных времен и величин 7т . Постоянство 7т указывает на то, что плотность тока при ультрамалых количествах осадка определяется величиной реакционной поверхности электрод/осадок, которая в данном случае совпадает с площадью поверхности электрода, а количество электричества, расходуемое на выделение осадка, определяется величиной 7т. При измерении переходных времен учитывалась погрешность, вносимая емкостным током, при этом величина емкости Q/ принималась равной ЮмкФ/см2. При описании нестационарной кинетики процессов зарождения и роста частиц новой фазы на электродах важную роль играют размеры частиц и их число, определяющие, в конечном счете, удельную поверхностную энергию. Для таких систем важнейшим является оценка энергии поверхности между осадком металла и раствором электролита, а также между осадком металла и подложкой (работа адгезии).

Диффузионный рост тонкодисперсного осадка при постоянном токе

Электроосаждение цинка неоднократно привлекало внимание многих исследователей. Цинк принадлежит к группе металлов, которые легко осаждаются на различных подложках с получением мелкокристаллических осадков. Для получения качественных покрытий используют различные электролиты: сульфатные, аммиакатные, трилонатные и в последнее время глициновые и аммонийные на основе NH4CI.

Нами были изучены гальваностатические кривые осаждения цинка на СУ электрод в сульфатных, аммиакатных и аммонийных слабокислых растворах. Наиболее выраженные и воспроизводимые кривые наблюдаются в аммиакатных растворах. В этих растворах получаются блестящие цинковые пленки. Из кислых растворов получить E кривые не удается, так как интенсивно выделяется водород и маскирует кривую. Соли аммония активируют поверхность электрода и облегчают выделение водорода. Сульфат-ионы приводят к заниженному выходу по току. В растворах аммиака катодный и анодный процессы протекают по разным механизмам, чем можно объяснить необратимость электродного процесса. В избытке NH3 цинк (II) образует комплексы с координационным числом 4:

Ионы NH/ активируют поверхность электрода и предотвращают образование пассивирующей пленки. Такая система и была выбрана в качестве модельной для гальваностатического изучения образования и роста зародышей на СУ электроде. Уже при достаточно низких перенапряжениях, т.е. низких плотностях тока образуются зародыши на электроде, заметно снижая поверхностное натяжение на границе электрод/раствор. Был выбран 0,1М. Транзиенты потенциала при электроосаждении цинка на СУ поверхность имеют такой же вид кривой с максимумом на начальном участке, причем время достижения максимума зависит от плотности тока. Так, если 1=15мкА, tmax=0,25 с. При данном потенциале происходит накопление адатомов в течение tmax c последующим образованием зародышей. Тафелевский коэффициент равен 0,024 при Т=295 К (рис.6.13).. Поляризация в точке максимума достигает 0,12 В, затем она быстро снижается и на E кривой появляется минимум. Полулогарифмические зависимости, рассчитанные из E кривых осаждения цинка кр.1: на СУ поверхности; кр.2: на осажденной поверхности; 1=13 мкА. Измерения показали, что переходные времена для кривых на СУ поверхности и на осажденной поверхности электрода практически одинаковы (табл. 6.7). Плотность тока обмена на осажденной поверхности составляла 92,7 мкА/см . Электрохимическая поляризация уже в начальные моменты времени осложняется концентрационными изменениями на поверхности электрода, но к моменту достижения минимума величины itmm изменяются незначительно с увеличением тока. Очень трудно выделить фазовую составляющую, которая быстро уменьшается с ростом зародышей. Из гальваностатических кривых по точкам минимума рассчитывался параметр bj, затем рассчитывались число зародышей и их размеры (табл. 6.8). Видно, что параметр bxt n, характеризующий долю поверхности осадок/раствор, изменяется незначительно, что свидетельствует о тонкодисперсности осадка. К сожалению, невозможно оценить вероятность разряда ионов цинка(П) на данном зародыше, т.к. необходимы данные электронной микроскопии. 1. Рассмотрены теоретические вопросы формирования тонкодисперсных осадков металлов в условиях гальваностатического метода. 2. Указана определяющая роль поверхностного натяжения на формирование тонкодисперсных осадков металлов. 3. Предложены уравнения для расчета радиуса зародышей и их количества из гальваностатических кривых. 4. Изучены гальваностатические кривые осаждения серебра из хлоридно-аммиачного и нитратного электролитов, висмута из трилонатного электролита, меди из роданидного и сульфатного и цинка из аммиакатного электролитов на стеклоуглеродном электроде. 5. Дано обоснование гальваностатической модели образования и роста тонкодисперсных осадков.

Похожие диссертации на Моделирование процессов зарождения и роста тонкодисперсных фаз при осаждении металлов на индифферентных электродах