电沉积原理

２０１０年１０月　电镀与精饰　第３２卷第１０期（总２１】ＪＮ）　．１．　文章编号：１００１．３８４９（２０１０）１０—０００１—０４　石墨基体上电沉积铜成核机理的研究　赵　夕　，　徐　强　，　丁　飞　，　刘兴江　（１．天津大学化工学院，天津３０００７２；２．中国电子科技集团公司第１８研究所，天津３００３８１）　摘要：通过循环伏安法和恒电位阶跃暂态法，研究硫酸铜－硫酸溶液中铜在石墨基体上的电沉积行　为，并利用扫描电子显微镜观察石墨基体表面金属铜沉积颗粒的形态和分布。结果表明：在较正的　电位区间内，铜的沉积遵从连续成核机理；而在较负的电位区间内，铜的沉积遵从瞬时成核机理。　关键词：石墨基体；铜；电沉积；成核机理　中图分类号：ＴＱ１５３．１４　文献标识码：Ａ　Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒ０ｄｅｐ０ｓｉｔｉ０ｎ　ｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ＺＨＡＯ　Ｘｉ　，ＸＵ　Ｑｉａｎｇ　，ＤＩＮＣ　Ｆｅｉ　，ＬＩＵ　Ｘｉｎｇ－ｊｉａｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｈｅ　１８ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｏｎ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｆｒｏｍ　ＣｕＳＯ４－Ｈ２　ＳＯ４　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｃｙｃｌｉｃ　ｖｏｈａｍｍｅｔｒｙ　ａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｓｔｅｐ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍｅｔａｌ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｂｙ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ￣ｌｌｏｗｓ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｔ　ａ　ｍｏｒｅ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｒａｎｇｅ，ｗｈｅｒｅａｓ　ｔｈｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ￣ｌｌｏｗｓ　ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ　ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａ—　ｎｉｓｍ　ｕｎｄｅｒ　ｍｏｒｅ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｒａｎｇｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ｃｏｐｐｅｒ；ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　引　言　在碳材料基体上沉积金属，对商业催化剂的生　产十分重要¨　。因为催化剂的制备方法可以严重　影响催化剂的催化活性，故人们发展了包括离子吸　附，胶体沉积和电沉积等一系列技术用于制备金属　催化剂　。　。在上述方法中，电沉积技术主要用于　获得有足够的厚度，良好的结构和附着力的金属沉　积层。该方法同时也显示了可以在常温常压下制备　金属催化剂的优势。　在化工领域中，由于具有良好的导电性能、机械　性能、高的热稳定性和低廉的成本，石墨已成为多种　收稿日期：２０１０—０５—０４　修回日期：２０１０—０６—０７　基金项目：国家９７３计划项目（Ｎｏ．６１３１１０６０２００４）　金属催化剂的基质材料之一　。在石墨基体上沉　积不同金属可以制备成不同种类的催化剂。其中在　石墨上沉积金属铜是应用最为广泛的一种。但由于　石墨表面常常分布着大量缺陷，如孔隙和表面层状　阶梯等，这些缺陷可能妨碍铜沉积层的均匀性和重　现性，从而限制了该基质作为催化剂基体的使用范　围。本文采用循环伏安法和恒电位阶跃暂态法研究　了硫酸铜体系中铜在石墨基体上的电沉积行为，利　用扫描电子显微镜观察了石墨基体表面金属铜沉积　颗粒的形态和分布。分析了石墨基体表面上铜的电　沉积机理，为实现金属铜的高效电沉积及高活性催　化剂的制备提供理论依据。

・７８・　装备环境工程　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　第４卷第５期　２００７年１０月　

非常规快速电沉积制备纳米材料的方法和原理　

于文忠　，俞宏英　，孙冬柏　，孟惠民　，樊自栓　

（１．北京科技大学腐蚀与防护中心，北京１０００８３；２．北京表面纳米技术工程研究中心，北京１０００８３）　

摘要：非常规电沉积利用镀液的流动，能极大地提高电沉积速度，因而利用非常规电沉积技术制备纳米　

晶材料具有较好的发展和应用前景。介绍了电刷镀、流镀、喷射电沉积、摩擦喷射电沉积等几种常见的非常　

规电沉积的方法和原理，指出了各种方法的优缺点，展望了非常规快速电沉积技术的应用前景。　

关键词：纳米材料；非常规电沉积；镀液流动；快速电沉积　

中图分类号：ＴＱＩ５３　文献标识码：Ａ　

文章编号：１６７２—９　２（２００７）０５—００７８—０４　

Ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　

ｂｙ　Ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　Ｈｉｇｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ｐｌａｔｉｎｇ　

ＹＵ　Ｗｅｎ－ｚｈｏｎｇ　，ＹＵ　Ｈｏｎｇ．ｚｉｎｇ　，ＳＵＮ　Ｄｏｎｇ．ｂａｉ　＇　，ＭＥＮＧ　Ｈｕｉ．ｍｉｎｇ　＇　，ＦＡＮ　Ｚｉ—ｓｈｕａｎ　＇　

（１．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｎａｎｏ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００００８３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｂｙ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．Ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｐｒｅ－　

醇酸树脂及其涂料　

２０１　１０６００１采用二聚豆油脂肪酸的触变性涂料的进展：　

１，２一苯二胺合成的聚酰胺的状况［刊，英］／Ａｎｙａｏｇｕ，　

Ｉｋｅｃｈｕｋｗｕ　Ｄ．等／／Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．一２０１　０．１　８（２）．一１　０４～１　１　５　将豆油（ＳＢ０）二聚，然后将粗制二聚体酸产物在（２１　０±　

５）ｃｃ于惰性气体中与ｌ，２一苯二胺反应制得脂肪聚酰胺　

（ＦＰＡ）。通过将醇酸树脂与５％（质量分数，下同）ＦＰＡ的混合　

物在１　２０　ｏｃ于惰性气体中反应８Ｏ　ｒａｉｎ的方法，使ＦＰＡ用　

以对普通醇酸树脂进行改性。ＦＰＡ改性树脂的［Ｔ—ＩＲ谱图　

显示，Ｈ键的程度比未改性醇酸中Ｈ键程度更为明显。分　

别用改性和未改性树脂配制了固含量为ｉ　、２０％、２５￥￣ｎ　

３Ｏ％的白色光泽涂料，并测试了它们的流平性、抗流挂性、　

干燥时间、颜料沉降、结皮倾向和涂膜硬度。结果表明，　

未改性的醇酸涂料在所配制的所有固含量中流平性好但　

抗流挂性差。相反，ＦＰＡ改性醇酸涂料具有好的流平性的　

同时也具有高抗流挂性，显示其触变性。未改性醇酸涂料　

可观察到强烈的颜料沉降倾向，但ＦＰＡ改性醇酸涂料却没　有。改性醇酸涂料结皮而未改性醇酸涂料不结皮。一种由　

ＦＰＡ改性树脂配制的３０％固体分涂料表干时间比未改性醇　

酸涂料短，但硬干时间却较长。　

酚醛树脂及其涂料　利用相对分子质量低的双酚Ａ型环氧树脂、二乙烯三　

胺和脂肪族环氧化合物合成自乳化环氧树脂乳液和水性　

固化剂，介绍了乳化剂和固化剂的设计原理。制备了水性　

环氧树脂涂料，考察了涂料组成对涂料性能的影响。　

２０１　１０６００５新型硅溶胶改性环氧复合涂料的制备及性能　

分析［刊］／李为立等／／ｆ＃料工业．一２０１　ｌ，４１（４）．一４～８　

聚氨酯树脂及其涂料　

２０１　１０６００６双组分丙烯酸聚氨醋涂料组合物：ＪＰ２０１　０一　

ｌ８９　４８０［日本专利公开］／日本：ＢＡＳＦ　Ｎｏｆ　Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｃｏ．，　

镍电沉积实验

（一）电沉积工艺条件—Hull 槽

试验一、实验目的

1．熟悉Hull槽试验的基本原理、实验操作和结果分析。

2．试验并了解添加剂糖精、苯亚磺酸钠、镍光亮剂XNF和十

二烷基硫酸钠对电沉积光亮镍的影响。

电沉积是用电解的方法在导电基底的表面上沉积一层具

有所需形态和性能的金属沉积层的过程。传统上电沉积金

属的目的，一般是改变基底表面的特性，改善基底材料的外观、耐腐蚀性和耐磨损性。现在,电沉积这一古老而又年

轻的技术正日益发挥着其重要作用,已广泛应用于制备半导

体、磁膜材料、催化材料、纳米材料等功能性材料和微机电加工领域中。二、实验原理

电沉积过程中，由外部电源提供的电流通过镀液中两个电极

（阴极和阳极）形成闭合的回路。当电解液中有电流通过时，

在阴极上发生金属离子的还原反应，同时在阳极上发生金属的氧化（可溶性阳极）或溶液中某些化学物种(如水)的氧化

（不溶性阳极）。其反应可一般地表示为：

阴极反应：Mn++ne=M（1）

副反应：2H++2e=H2(酸性镀液)（2）

2H2O+2e=H2+2OH-(碱性镀液)（3）

当镀液中有添加剂时，添加剂也可能在阴极上反应。

阳极反应：M–ne=Mn+（可溶性阳极）（4）

或2 H2O –4 e = O2 + 4 H+ (不溶性阳极，酸性) （5）

镀液组成（金属离子、导电盐、配合剂及添加剂的种类和浓

度）和电沉积的电流密度、镀液pH值和温度甚至镀液的搅拌形

式等因素对沉积层的结构和性能都有很大的影响。确定镀液组

成和沉积条件，使我们能够电镀出具有所要求的物理-化学性

质的沉积层，是电沉积研究的主要目的之一。

镍电沉积层在防护装饰性和功能性方面都有广泛的应用。

大量的金属或合金镀层如Cr、Au及其合金、Sn及其合金、枪黑

色Sn-Ni合金、CdSe合金等都是在光亮的镍镀层上电沉积进行

的。在低碳钢、锌铸件上沉积镍，可保护基体材料不受腐蚀，

并可通过抛光或直接电沉积光亮镍达到装饰的目的。在被磨损

的、腐蚀的或加工过度的零件上进行局部电镀镍，可对零件进