铝合金表面电化学沉积制备

电化学在制备纳米材料方面的应用

电化学在制备纳米材料方面的应用摘要：应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类，着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法，并对其应用前景做了展望。关键词：电化学纳米材料电沉积 1 前言纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当材料的粒子尺寸小至纳米级时，材料就具有普通材料所不具备的三大效应：(1)小尺寸效应，指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应；(2)表面效应，指纳米微粒表面原子与总原子数之比。纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。由于表面原子数增加，原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有高的活性，极不稳定，使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；(3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。研究发现，一些宏观量，如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。正是由于纳米材料具有上面的三大效应，才使它表现出：(1)高强度和高韧性；(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点；(3)异常的导电率和磁化率；(4)极强的吸波性；(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”，我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响，因此，纳米材料形貌和尺寸的控制在纳米材料合成中是非常重要的。目前制备纳米材料主要采用机械法、气相法、磁控溅射法等物理方法和溶胶—凝胶法、离子液法、溶剂热法、微乳法化学方法。但在这些方法中，机械法、气相法、磁控溅射法的生产设备及条件要求很高，生产成本高；化学方法中的离子液法和微乳法是近几年发展起来的新兴的研究领域，同时离子液离子液作为一种特殊的有机溶剂，具有粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好等独特的物理化学性质，但是离子液体用于纳米材料制备的技术还未成熟。应用电化学技术制备纳米材料由于简单易行、成本低廉等特点被广泛研究与采用。与其他方法相比，电化学制备方法主要具有以下优点：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、电化学制备纳米材料过程中的电位可以人为控制。整个过程容易实现计算机监控，在技术上困难较小、工艺灵活，易于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，可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。电化学方法已在纳米材料的制备研究领域取得了一系列具有开拓性的研究成果。本文综述了应用电化学技术制备纳米材料的主要的几种方法及其制备原理，并对其优劣进行了比较。 2 应用电化学技术制备纳米材料的种类 2.1 电化学沉积法与传统的纳米晶体材料制备相比，电沉积法具有以下优点：(1)晶粒尺寸在1~100 nm内；(2)

电化学沉积

金属电沉积理论一.研究概况在电化学中,金属的电化学沉积学是一种最古老的学科。在电场的作用下，金属的电沉积发生在电极和电解质溶液的界面上，沉积过程含有相的形成现象。首先，在金属的电化学沉积实验的研究时间要追溯到19世纪，并且在引进能产生直流电的电源以后，电镀很快成为一种重要的技术。电镀被用来制造各种不同的装饰性和功能性的产品，尽管在开始的早期，电镀技术的发展和应用建立是在经验的基础上。金属电沉积的基本原理就是关于成核和结晶生长的问题。1878年，Gibbs在他的著名的不同体系的相平衡研究中，建立了成核和结晶生长的基本原理和概念。20世纪初，Volmer、Kossel、Stransko、Kaischew、Becker和Doring用统计学和分子运动模拟改进了基本原理和概念。按照这些早期的理论，成核步骤不仅要求一个新的三维晶体成核，而且完美单晶表面的层状二维生长。对于结晶理论的一个重要改进是由Avrrami提出的结晶动力学，他认为在成核和生长过程中有成核中心的重复碰撞和相互交迭。在1949年，Frank提出在低的过饱和状态下的一个单一晶面成长会呈螺旋状生长。Cabrera和Frank等考虑到在成长过程中吸附原子的表面表面扩散作用，完善了螺旋成核机理。 20世纪二三十年代，Max、V olmer等人对电化学结晶进行了更为广泛的基础研究。Erday-gruz和Volmer是第一次认识到过饱和度与过电位，稳态电流密度和由电荷转移引起的电结晶过电位之间的关系。 20世纪三四十年代，Finch和他的同事做了大量的关于多晶电化学沉积的实验，研究了决定结晶趋向与金属薄膜的组织结构的主要因素。在这一时期，Gorbunova还研究了底层金属与电解质溶液组成对电结晶过程的影响，并发现了由于有有机添加剂的吸附作用可能导致金属晶须的生长。 1945年，Kaischew对电结晶理论做了重大改进。考虑到单一晶体表面上金属原子的结合和分开的频率，可利用分子运动学模拟电化学结晶过程。这项工作对电结晶理论的发展有着重大的影响。 20世纪50年代是在电化学结晶理论与实验技术取得重大进步的阶段。Fincher等人完成在实际的电镀体系中抑制剂对电结晶成核与生长的影响的系统研究，并按照其微观结构和形态对金属电沉积进行了分类。Piontell等人对基体的取向作用和在金属沉积系统中同向和异向的金属沉积的阴离子的特性进行了进一步的研究。Kardos、Kaischew等人利用新的实验技术证实Volmer`s的三维形核的正确性。Wranglen，Vermilyea等人对结晶树枝状生长进行了深入的研究，提出了新的电化学结晶的理论模型。 20世纪60年代初，Flischman和Thirsh发展了在电结晶状态下多重成核与生长的一般

电化学沉积3D打印金属零件工艺【详述】

电化学沉积3D打印金属零件内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 3D打印通过材料层间凝固形成复杂的三维几何体，金属3D打印提供的自由设计与制造已经在航空航天、汽车和医疗领域获得了应用。金属增材制造多以DMLS、SLM、LENS等技术常见，通过选择性激光烧结金属粉末层实现零件成型。由于金属打印机的高成本、零件内部易产生缺陷等问题，目前对金属增材制造的商业应用受到很大限制。因此，今年XJET开发出了基于喷墨的金属增材方式，开启了金属打印的新模式，近来伦敦帝国学院推出了一种成本较低的金属成型方式，该技术是基于FDM的电化学增材制造工艺。电化学增材制造的基本原理是源于电镀工艺。电镀通常用于诸如首饰镀金或硬币镀铜的应用，它的工作原理是溶液中的金属离子如硫酸铜中的Cu2+离子通过施加外部电位而被还原成其元素组分，从而形成金属结构。

该工艺的优点是可在室内环境条件下沉积多种材料和合金，而不会造成热损伤，不需要激光器或惰性气体环境，成本很低。而且，在沉积过程还可以通过电位的逆转来实现增材和减材，从而通过电化学溶解来回收组分。这项技术主要缺点是沉积速度慢，该问题的解决主要基于设备本身，研发团队采用半月板隔离法，将离子溶液装入注射器中，通过机械方法使电解质挤出，在喷嘴和导电板之间形成弯液面，通过施加电压来沉积金属，并且通过打印头移动来建立3D零件。采用该方法，金属沉积率比等效系统高出三个数量级。印刷的铜结构具有多晶质的特性，随着电压的增加，其粒尺寸减小，从而提高维氏硬度和电阻率。电化学沉积技术通过控制电压正反可实现增材和减材制造，对于回收金属非常有限，大大降低了成本，并且通过安装打印头给复合材料制造提供了可能。

电化学沉积

电化学沉积概述机械学院11243009 宁智摘要：概述了电化学定义及其特点，并且重点介绍了电化学沉积技术的机理，优点，应用及其发展。关键词：电化学；电化学沉积；机理；应用 1 引言电化学是研究电与化学反应相互关系的学科,主要通过化学反应来产生电能以及研究电流导致化学变化方面的研究[1]。尤其是近年来电化学技术的快速发展，不仅电化学理论和电化学方法不断创新，而且在应用领域也更加广泛，近年来电化学的发展非常迅速，不仅电化学理论和电化学、方法不断创新，而且在应用领域，如化学工业、能源、材料科学和环境保护等方面同样也占有越来越重要的地位[2]。电化学过程有以下特点:1)多功能性。它具有直接或间接氧化与还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能,能处理从uL~106L的气体、液体与固体污染物。2)能量效率高。与高温燃烧反应相比,它可在较低温度下进行。由于不经过卡诺循环限制,能量利用率高。通过电位控制、电极与电解池的设计,可减小由于电流分布不均带来的副反应、欧姆降等能量损失。3)可自动控制。电化学过程中的两大参数电流与电位信号,易测定和自动控制。4)环境相容性高。电化学过程中使用的主要试剂为电子,是最洁净试剂。另外,较高的选择性可防止副反应发生,可减少污染物。5)经济合算。所需设备简单,操作费用较低。根据上述过电位控制、电极与电解池的设计,设计合理的电解池结构,利用先进电极材料,可达到“零排放”要求。[3]电化学沉积在特种加工尤其是在新型功能材料这一新领域所取得的突出成绩都是比较典型的例子。 2 电化学沉积概述[4-6] 电化学沉积是一门古老的技术.金属电化学沉积在19世纪早期如1840年即已出现银和金的镀覆专利.不久以后又发明了镀镍技术.电镀铬工艺至今也约有一个世纪.科学技术的不断发展和深入,电化学沉积的研究领域不断拓宽和扩展,已迅速地发展成为具有重大工业意义的一门技术,并已获得了巨大的成功.传统的电沉积过程,如Cu，Ni，Cr,强调的是装饰性和防腐性.今天,具有特殊用途的镀层的研究、开发和应用则已成为核心内容。近年来,随着理论和实验研究的不断深入,电沉积技术取得了很大发展,沉积方法也越来越多样化,主要包括直流电沉积、脉冲电沉积、喷射电沉积和复合电沉积等方法.电沉积技术应用主要是各种半导体、合金的电沉积,以及多种形态和性能材料的开发. 3 电化学沉积的机理电镀工艺的发展和控制通常都是以一种纯粹的实验观察为依据.在工业实践过程中,规范化的电镀工艺通常仅依赖于添加剂的优劣.很少量的表面活性品种对沉积过程有很显著的影响,其作用的复杂性导致对基本理论的了解远远落后于工艺的发展.先进的技术必须有成熟的理论依据为基础.现在,强有力的现场分析技术如扫描探针显微镜,拉曼光谱,红外光谱,以及基于X射线技术与电化学测试手段的联用技术的应用,使电沉积、电结晶的理论研究更加深入成为现实[4]。金属电沉积是在外加电压下,通过电解液中金属离子在阴极还原为原子而形成沉积层的过程.金属电沉积不仅是发生在电极/离子导体界面上的电荷传递过程,而且包含了在外电场影响下的成核和晶体生长等一系列成相过程.根据电沉积条件的不同,金属沉积物的形态可是大块多晶、金属薄层、粉末或枝晶等. 电沉积,亦即电结晶过程,是一个多步骤的复杂过程,涉及溶液体相中和电极表面层的交叉变化.理想晶面上金属电沉积主要经历以下几个阶段: 1)溶液中的金属离子(或络离子)向电极界面附近传输;

电化学法沉积金属薄膜和镀膜(中文译版)

Rapid electroplanting of insulators 电化学法沉积金属薄膜和镀膜有着很长的历史。这些技术大体分为两类，各有各的优点和缺点。第一种，也是最古老的一种，就是利用自发氧化还原反应来从溶液中沉积金属。这种沉积方法不仅可在金属基片上沉积，还可以在绝缘基片上沉积。但这种方法的沉积条件很难控制在原位沉积。一部分原因在于溶液中存在多种盐类和添加剂。第二种方法----电镀术---利用电流来降低溶液中的金属离子含量，并给出了控制沉积金属的质量（还在某种程度上控制了颗粒大小）。但这种技术的应用至今仍被局限于导电基片。我们将在这篇文章里描述可在不导电基片上实施的电镀技术，并能控制沉积金属的颗粒大小、厚度和生长速率。我们这种方法的基础是从与基片相连的电极上逐步向外生长金属，它的晶格形貌由生长着的沉积金属的电流的减小所控制。这种方法一般会形成树状、粉末状的沉积物，但我们指出了一系列快速生长均一薄膜的方法。这里我们描述了一系列电化学晶格和一些可以用电沉积的方式在绝缘基片表面沉积金属膜层的方法。这种方式使得控制沉积磨蹭的晶粒尺寸。这种方法是建立在最近非平衡物理的基础上的。它使得生长均一薄膜成为可能，这也是电化学生长的基本要求。用电沉积法沉积金属是在低电流密度下生长致密的金属。所以，当沉积电流提升时，沉积（随着电流功率的提高以及平衡和颗粒修复的缺失）变得粗糙，乃至变成树状或粉末状。这在工业上是一个制约因素。非平衡态物理学更多注重了同一性：即生长模式。比如，二元电解液的电化学生长就被研究了15年。由Chazlviel提出的新理论正确预言了二元电解液在树状沉积物周围的生长速率、沉积速率以及浓度场。这种理论预测了大电场的存在下在沉积物的顶端存在正比于离子浓度降低速率的连续生长模式。我们在自由流动的（大概是指溶液吧）、接近二维的树状沉积物的情况下验证了这些预测，这份工作由M.e.a独立发现。但这些实验存在一个问题：沉积物不能从电池里被取出。这就是为什么我们中的一个人提出了一种新的沉积树状物的方法（由C.e.a提供的模型提出）。（公式推导看不懂，略）（图一）现在我们公布这种装置使得连续沉积镀膜得以实现（薄膜的生长特征相同，包括厚度和生

温度对电沉积氢氧化镍电化学性能的影响

万方数据

温度对电沉积氢氧化镍电化学性能的影响作者：薛雷，王为， XUE Lei， WANG Wei 作者单位：天津大学化工学院应用化学系,天津,300072 刊名：电镀与涂饰英文刊名：ELECTROPLATING & FINISHING 年，卷(期)：2007,26(4) 被引用次数：2次参考文献(7条) 1.HUMBLE P H;HARB J N;LAFOLLETTE R M Microscopic nickel-zinc batteries for use in autonomous Microsystems[外文期刊] 2001 2.HUMBLE P H;HARB J N Optimization of nickel-zinc microbatteries for hybrid powered microsensor systems[外文期刊] 2003 3.BANHART J;FLECK N A;MORTENSEN A Cellular metals:manufacture,properties and application 2003 4.MAC ARTHUR D M The hydrated nickel hydroxide electrode potential step experiments[外文期刊] 1970(04) 5.STREIN C C;HARTMAN A P The effect of current and nickel nitrate concentration on the deposition of nickel hydroxide films[外文期刊] 1995(04) 6.KATHRYN P T;JOHN N Mass transfer and kinetic phenomena at the nickel hydroxide electrode[外文期刊] 1998(11) 7.KATHRYN P T;JOHN N Proton intercalation hysteresis in charging and discharge nickel hydroxide electrodes[外文期刊] 1999(08) 本文读者也读过(10条) 1.薛雷.王为电沉积氢氧化镍电极的性能研究[会议论文]-2006 2.韩恩山.许寒.康红欣.冯智辉.HAN Enshan.XU Han.KANG Hongxin.FENG Zhihui纳米氢氧化镍掺杂镍电极的电化学性能[期刊论文]-化工进展2008,27(3) 3.卢莹氧化镍功能材料的电沉积制备工艺及性能研究[学位论文]2005 4.薛雷.王为电化学沉积氢氧化镍电极材料的研究[会议论文]-2006 5.刘浩杰.尹鸽平.胡树清.呙成乙醇对电化学浸渍的影响[期刊论文]-电源技术2004,28(12) 6.李怀祥.薛成山.左传增.Li Huaixiang.Xue Chengshan.Zuo Chuanzeng阴极共沉积Ni(OH)2薄膜在碱溶液中的电化学特性[期刊论文]-山东师范大学学报（自然科学版）2000,15(1) 7.于维平.杨晓萍.孟令款.刘兆哲.YU Wei-ping.YANG Xiao-ping.MENG Ling-kuan.LIU Zhao-zhe电沉积法制备掺杂钴的氢氧化镍电极材料及其容量特性[期刊论文]-材料热处理学报2005,26(6) 8.潘滔用电化学阴极沉积法制备稳定α型氢氧化镍[学位论文]2003 9.刘建华.杨敬武.唐致远.LIU Jian-hua.YANG Jing-wu.TANG Zhi-yuan掺杂球形氢氧化镍的循环伏安特性[期刊论文]-天津大学学报2000,33(1) 10.李悦明.李玮瑒.侴术雷.陈军多孔空心氢氧化镍电极材料的研究[会议论文]-2006 引证文献(2条) 1.赫文秀.张永强.蒋文全.傅钟臻.于丽敏强旋流管道合成工艺制备球形氢氧化镍[期刊论文]-材料导报 2008(9) 2.赫文秀.张永强.蒋文全.傅钟臻.于丽敏.张文广球形覆Co氢氧化镍的合成及性能研究[期刊论文]-硅酸盐通报

【CN109735827A】一种固体聚合物碳源电化学沉积技术及装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910191998.0 (22)申请日 2019.03.14 (71)申请人北京化工大学地址 100029 北京市朝阳区北三环东路15 号 (72)发明人杨卫民　高晓东　谭晶　程礼盛　丁玉梅　 (51)Int.Cl. C23C 16/26(2006.01) C23C 16/455(2006.01) C23C 16/48(2006.01) (54)发明名称一种固体聚合物碳源电化学沉积技术及装置(57)摘要本发明公开一种固体聚合物碳源电化学沉积技术及装置，装置主要包括气体排出管、左管塞、直流电源、高温炉、加热管、右管塞、气体通入管、惰性气体定量输出装置、导电棒、夹持装置、尾气处理装置、绝缘密封圈、基体、石英舟和固体聚合物等。本发明技术利用固体聚合物PE或者PVC等聚烯烃类作为碳源代替甲烷等气体，成本低，更加安全；在制备石墨烯过程中，加入电压电场的影响，提高石墨烯生长制备质量；采用外接电源的方式给夹持装置提供电压电场，同时可采用激光加热使固体聚合物聚烯烃类材料分解。该技术可应用于导电涂层、石墨烯材料的制备，也可直接对器件进行石墨烯导电涂层，使原材料在原有的性能应用上增加导电等性能，可扩大材料的应用领域。权利要求书1页说明书3页附图1页CN 109735827 A 2019.05.10 C N 109735827 A

权　利　要　求　书1/1页CN 109735827 A 1.一种固体聚合物碳源电化学沉积技术，其特征在于：第一步，将基体与固体聚合物碳源放入加热管中，加热管封闭，为保证后续隔绝空气；第二步，加热管抽真空并通入惰性气体；第三步，打开直流电源供电，采用激光或高温炉加热，高温炉启动后按照一定的加热速度升温，达到最高温度后按照一定的降温速度降温，使固体聚合物碳源高温加热裂解，得到游离的碳原子或者短碳链；第四步，关闭高温炉，关闭惰性气体定量输出装置，打开左管塞，取出石墨烯或石墨涂层基体。 2.根据权利要求1所述的一种固体聚合物碳源电化学沉积技术，其特征在于：激光或高温炉加热的加速速度为30～50℃/min，最终加热温度范围为800～1000℃，冷却速率30～50℃/min。 3.根据权利要求1所述的一种固体聚合物碳源电化学沉积技术，其特征在于：固体聚合物碳源为聚烯烃。 4.一种固体聚合物碳源电化学沉积装置，其特征在于：主要包括气体排出管、左管塞、直流电源、高温炉、加热管、右管塞、气体通入管、惰性气体定量输出装置、导电棒、夹持装置、尾气处理装置、绝缘密封圈、基体、石英舟和固体聚合物碳源，其中，惰性气体定量输出装置与加热管之间采用耐热管连接，加热管放置在高温炉中；加热管内放置基体和石英舟，石英舟内盛有固体聚合物碳源，基体和石英舟放在加热管的中心位置；加热管两端配备有管塞，管塞分为左管塞和右管塞，加热过程中进行密封形成惰性气体保护空间；夹持装置在加热管内部，并通过导电细棒或导电线连接到外部的电源，电源配有电阻；左管塞或者右管塞开有微孔，直流电源连接导电棒或导电线穿过微孔进入加热管内，给基体提供电压或者电场，微孔与导电棒或导电线之间设有绝缘圈；夹持装置固定基体，夹持装置为金属导电材料。 5.根据权利要求4所述的一种固体聚合物碳源电化学沉积装置，其特征在于：基体和石英舟两者最远距离小于10cm。 6.根据权利要求4所述的一种固体聚合物碳源电化学沉积装置，其特征在于：通加热管开孔或者设有支管，导电细棒或导电线通过孔或者支管进入加热管内，提供电压或者电场。 7.根据权利要求4所述的一种固体聚合物碳源电化学沉积装置，其特征在于：夹持装置拆换为两电极板，通过外部电源在两电极板中间产生电场，基体材料放在两电极板中，在电场作用下促进石墨烯在基体上的生长制备。 8.根据权利要求4所述的一种固体聚合物碳源电化学沉积装置，其特征在于：基体包括SiC基体、Ni基体、Cu基体或碳纤维、玻璃纤维。 2