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chenjunjie8359(金币+5, 博学EPI+1): 谢谢你的帮助，我想要更详细一些的~ 2011-03-06 10:51:17
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纳米材料是20世纪80年代发展起来的新型材料科学。近年来，晶粒尺寸小于100nm的纳米晶体材料受到了广泛的关注。由于具有非常小的晶粒尺寸和非常高的界面体积分数，与普通多晶材料相比，纳米晶体材料表现出许多优异的物理、化学和力学性能，已成为目前材料科学及凝聚态物理领域中的一个研究热点。纳米晶体的制备方法一直是纳米晶材料研究领域的一个重要研究课题[ 1 ]。 纳米材料制备方法多种多样，现已有的制备方法可分为：气相法、液相法和固相法等，但用电沉积技术制备纳米材料之所以成为人们关注的焦点，是因为电沉积纳米晶材料主要具有诸多优点[2。因此,利用电沉积技术制备纳米材料有着较好的前景。 1 、电沉积纳米晶材料的制备方法 电沉积获得纳米晶体的方法可以分为直流电沉积、脉冲电沉积、复合共沉积、喷射电沉积、超声电沉积、电刷镀复合电沉积等技术。纳米晶体的获得，关键在于制备过程中有效的控制晶粒的成核和生长。传统的电沉积方法使用的电流密度小，因而沉积速率低，生长的晶粒为粗大。但制备纳米晶体要求的电流密度远大于一般电沉积的电流密度，晶核的生长速率高，晶体长大的速率小，所以晶粒的尺寸可以控制在纳米范围内。本文着重介绍脉冲电沉积法和喷射电沉积法。 1.1 脉冲电沉积法 脉冲电沉积可以分为恒电流控制和恒电位控制两种方式，按脉冲性质及方向又可分为单脉冲、双脉冲和换向脉冲等。通过控制波形、频率、通断比以及平均电流密度等参数，使得电沉积过程在很宽的范围内变化，从而获得具有一定特性的纳米晶镀层。 1.1.1 脉冲电沉积机理[3] 电沉积是在外加电压下，通过电解液中的金属离子在阴极还原为原子而形成沉积层过程。其电化学原理是:在一个脉冲周期内，当电流导通时，电化学极化增大，阴极区附近待镀金属离子充分被沉积，沉积层结晶细致、光亮；当电流关断时，阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度，浓差极 化消除。 脉冲电沉积与直流电沉积相比有以下几个电参数可以调节，即脉冲波形、脉冲频率、占空比(脉冲导通时间与周期之比)和平均电流密度。通过调节这些电参数，可以在更大范围内改变电沉积条件，从而得到性能优良的沉积层份对一定的电镀液体系)。脉冲电沉积有三个电极过程:液相传质过程、吸附和脱附现象以及双电层的电容效应。 (1)液相传质过程 直流电沉积在阴极和溶液界面处形成一个较厚的稳态扩散层，且阴极表面金属离子浓度较低，从而限制了电沉积的速度。在电流密度较大的情况下，使沉积速率降低，阴极上的氢气析出量增加，电流效率下降，沉积层出现氢脆、针孔、麻点、烧焦和起泡，甚至产生粗糙或树枝状的沉积层。而采用脉冲电沉积时，阴极表面处的金属离子浓度随脉冲电流的作用而涨落。在有脉冲电流时，金属离子浓度下降;脉冲关断期间金属离子浓度回升。脉冲导通期间和脉冲间隔时间的选择依据是在脉冲导通期间所消耗的和在脉冲间隔期间得到补充的金属离子浓度正好相等。由于脉冲电沉积导通和关断的张弛作用，使得浓差极化得以很大程度的消除，阴极表面处金属离子浓度较高，所以可用较大的电流，大大细化晶粒，改善沉积层质量，提高沉积速度，缩短生产周期。 (2)吸附和脱附现象 吸附和脱附现象对沉积层质量影响很大。直流电沉积中，阴极上除了沉积金属外，还吸附着氢和一些杂质，所以要不断地通过一些辅助手段驱赶气泡；而在脉冲电镀的脉冲间隔时间中，阴极上在导通期间吸附的氢和杂质脱附返回溶液中，因此脉冲沉积层纯度高、组织致密、孔隙率低。 (3)双电层的电容效应 脉冲持续和关断时间对应双电层充电和放电时间，正是脉冲电流的张弛作用，消除浓差极化，脉冲的持续时间较小时，脉冲电沉积效果好；反之，脉冲电沉积与直流电沉积无异。 1.1.2 脉冲电沉积纳米晶体的优点 直流电沉积和脉冲电沉积制备纳米晶体的方法相比，脉冲电沉积获得的纳米晶体在以下几方面性能更好[ 4 ]： (1)脉冲电沉积可以获得比直流电沉积好得多的产品性能。例如提高其硬度、增加其密度、延展性、耐磨性、耐蚀性等，降低孔隙率及内应力。 (2)脉冲电沉积的电流密度以及电沉积速率远比直流电沉积的大。 (3)使用脉冲电沉积方法可以减少产物表面的金属氧化物，增加其附着力。 (4)采用脉冲电沉积的形式可以获得沉积均匀，厚度一致的镀层。 (5)采用脉冲电沉积的形式获得的镀层中杂质的含量比直流电沉积得到的镀层中的少。 (6)采用脉冲电沉积的方法可以获得成分稳定的合金镀层。 1.2 喷射电沉积法 喷射电沉积是一种局部高速电沉积技术，具有高的热量和物质传输率，使得金属沉积速度大大提高，有利于增加产率和降低成本，是一种非常适合于工业生产的技术[5]。它通过电镀液在阴极表面的高速流动来改变沉积反应的传质过程，提高其极限电流密度，从而达到提高沉积速度的目的[ 6 ] 。 1.2.1喷射电沉积的原理 喷射电沉积技术的原理与普通电沉积基本相同，其不同点主要在于两者在液体传质过程方面存在很大差别。如图1 所示，当工件（阴极）与喷嘴（阳极）之间施加一定的电压，同时电镀液高速喷射到镀件上，在喷射覆盖区，阴极与阳极通过电镀液构成回路，此时喷射覆盖区有电流通过，产生 电沉积，而其它部位因没有电流通过则不产生沉积。因此，喷射电镀具有选择性的优点。 1.2.2 喷射电沉积的优点 喷射电沉积具有以下优点[ 8 ]： ( 1 ) 电沉积时，以一定流量和压力的电镀液从阳极喷嘴高速喷射到阴极工件表面，不仅对沉积层进行了机械活化，同时还有效地减少了附面层和扩散层的厚度，加快了溶液的搅拌速度； ( 2 ) 具有选择性、快速、低成本和不需要罩具； (3)适用于盲孔和深孔零件； ( 4 ) 适用于磨损或损伤部件的修复。 同时，在一定的工艺条件下，喷射电沉积可以实现沉积层表面结构纳米化以及制备高性能的纳米晶金属块体。 一种在离子液体微乳液中直接电沉积制备纳米材料的方法，是一种将电化学方法与微乳液法集为一体的一种制备纳米材料的新技术。采用１－丁基－３－甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，在表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚的作用下，与水溶液构成具有较高导电性的水包离子液体微乳液，并用导体电极与之构建电极系统。利用离子液体微乳液中的“纳米水池”，采用控制电流法或控制电位法制备尺寸可控、分布均匀的纳米金属镀层，其中纳米粒径的大小可通过水与表面活性剂的摩尔比来控制。这种新颖的纳米材料制备技术具有设备低廉、操作简单、易于控制的优点。 |
2楼2011-03-05 23:21:45
3楼2011-03-06 10:59:51
5楼2011-03-08 09:08:18
6楼2011-03-09 11:15:09
7楼2011-03-11 14:49:20
电沉积纳米材料
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纳米材料制备方法多种多样，除了常见的真空蒸发冷凝发、球磨法、沉淀法、溶胶一凝胶法、水反应法和等离子体，还有电弧蒸发法、激光高温烧结法、超临界流体迅速扩张法、辐射合成法、微乳液法及模板合成法和固相法等，但用电沉积技术制备纳米材料之所以成为人们所关注的焦点，是因为电沉积纳米材料主要具有以下优点： (1)适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多； (2)电沉积结晶过程的主要推动力—一过电位，可人为控制，整个沉积过程容易实现计算机监控，在技术上困难较小、工艺灵活、益于由实验室向工业现场转变；(3)常温常压操作，避免了高温在材料内部引入的热应力； (4)电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长，可在大覆积程复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。因此，利用用电沉积技术制备纳米材料有着较好的前景。 |
8楼2011-03-13 11:53:08
9楼2011-03-13 11:55:24
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11楼2011-03-14 09:24:40
12楼2012-08-06 08:42:32
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2011-03-07 10:46
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chenjunjie8359(金币+1): 谢谢支持啦~ 2011-03-09 11:14:11
