电沉积纳米材料研究现状_李莉
文章编号:1001-3849(2004)03-0009-06 电沉积纳米材料研究现状 李 莉, 魏子栋, 李兰兰(重庆大学化学化工学院,重庆 400044) 摘要:综述了近年来利用电沉积技术制备纳米晶材料的研究现状和一些方法,如直流电沉积、脉冲电沉积以及复合电沉积和喷射式电沉积技术。同时,对一些电沉积技术所制备的新型纳米材料功能梯度材料,纳米金属多层膜的制备工艺进行了介绍,并对现存的问题作了简要的概括。关 键 词:脉冲电沉积;复合电沉积;喷射电沉积;功能梯度材料;组分调制合金中图分类号:TQ153 文献标识码:A TheCurrentStatusofNanocrystallinePreparationbyElectrodepositionMethods LILi,WEIZi-dong,LILan-lan(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,ChongqingUniversity,Chongqing 400044,China) Abstract:Currentstatusofnanocrystallinepreparationbyelectrodepositionmethods,i.e.d.c.electrodeposition,pulseelectrodeposition,compositeelectrodepositionandjetelectrodepositionwasreviewed.Thetechniquesoffunctiongradientmaterialandmultilayerfilmwerealsodis-cussedinthispaper.Keywords:pulseelectrodeposition;compositeelectrodeposition;jetelectrodeposition;funcitonalgradientmaterial(FGM);compositionmodulatedalloy(CMA) 1 引 言纳米材料是20世纪80年代发展起来的新型材料科学,由直径在1～100nm尺寸范围的超细颗粒组成的固体材料。纳米材料可以分为纳米晶体和纳米非晶体,与粗颗粒材料相比,由于纳米材料具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,它具有特殊的磁性、光学、力学、电学(超导)、电化学催化性能以及特殊的机械性能、耐磨、减震、巨弹性模量效应,从而成为21世纪材料领域最有吸引力的热门研究课题之一。纳米材料制备方法多种多样,除了常见的真空蒸发冷凝法、球磨法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水反应法和等离子体,后来又出现了电弧蒸发法、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、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——过电位,可以人为控制,・9・2004年5月 电镀与精饰 第26卷第3期(总156期) 收稿日期:2003-05-30作者简介:李莉(1979-),女,四川威远人,重庆大学硕士研究生. 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,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。因此,利用电沉积技术制备纳米材料有着较好的前景。2 电沉积制备纳米材料2.1 直流电沉积与脉冲电沉积El-sherikt[1,2]等人在研究氢气在纳米晶镍晶内的扩散以及纳米晶镍的腐蚀行为时,就利用直流电镀技术在改进了的Watts的槽液中制备出了平均粒径为17nm的镍。Bakonyi[3]等人则也采用直流电沉积法制备纳米晶镍。他们采用几种不同类型的电解槽,并控制电流密度在2.5～50A/dm2,将Ni沉积到Cu或Ti的基体上。与通常研究结果不同的是,他们发现随着电沉积电流密度的下降,沉积晶粒的尺寸随着明显减小。例如在仅有NiSO4单盐的电解池中,将电流密度在50～5A/dm2范围内改变时,可以把镍的晶体尺寸控制在300～30nm,而且阴极界面Ni2+的浓度和吸附氢的数量都对晶体的成长有显著的影响。脉冲电沉积是以高频下的断续电流(通电时间短,仅几十微秒。断开时间一般大于通电导电时间的几十倍)来代替常规直流电镀。电流的波形一般有方波、正弦半波、锯齿波等多种形式。一般人们根据不同镀种优选出相应的波形。电镀时在脉冲的瞬间阴极表面上有很高的电流密度(比直流电流密度大5～20倍),由于高的瞬时脉冲电流密度提高了阴极极化作用,促使成核速率加快,晶核成长速率慢,因而镀层具有结晶细微、光亮、纯度高、析氢少和孔隙率低的特点:镀层的物理、化学性能优越,从而允许降低镀层厚度,使成本降低。而且脉冲电镀的突出优点是可通过改变脉冲参数来改善镀层的物理化学性质,从而达到节约贵金属和获得功能镀层的目的,对贵金属电镀来说,可节省材料,有更大的优越性。Mastai[4]等人利用脉冲电沉积技术从含有Cd盐、S或Se物质的二甲基亚砜溶液中电沉积出了CdS和CdSe的纳米晶。并发现晶粒尺寸取决于Cd盐阴离子的性质。吸附能力相对较强的阴离子如Cl-与吸附能力相对较弱的高氯酸盐相比,更易得到晶粒尺寸更小的纳米晶,其中在强吸附物质(烷基磷化氢)可以得到平均粒径为3.5nm的晶体。随着研究的深入,人们发现脉冲电沉积不但能控制金属结晶尺寸,而且与直流电沉积技术相比有更高的沉积速率、电流效率和极化度。另外能更有效的控制纳米材料的表面形态、晶面方向和性能,使其具有良好硬度、内应力、孔隙度、抗腐蚀性、耐磨性等。荆天辅[5]等人用位置敏感原子探针场离子显微镜(POSAP)、TEM、SEM等方法研究了脉冲电沉积与直流电沉积对Co-Ni合金微观结构的影响,结果表明,低频脉冲直流电沉积的Co-Ni合金的平均尺寸为70nm,恒稳直流电沉积的晶粒尺寸为100nm,即脉冲直流电沉积可以降低晶粒尺寸。邓姝皓[6]等人也采用直流和脉冲电沉积技术从三价铬的氯化物镀液中沉积出Ni-Fe-Cr纳米合金镀层。其研究结果发现由于脉冲电沉积存在的断电时间,使电极表面扩散层中金属离子的浓度得到及时恢复,而使脉冲电沉积的沉积速率、电流效率以及极化度都高于直流电沉积,从而获得的纳米晶Ni-Fe-Cr合金镀层更为细致光亮。另外用脉冲电沉积还能长时间电镀得到性能良好的厚镀层。Ghosh[7]研究了柠檬酸槽液脉冲电沉积Ni-Cu合金及脉冲参数对合金组成的影响,其通过精确控制脉冲频率(50～100Hz)、脉冲时间、峰值电流密度(20～40A/dm2)等可以获得结合力良好、光滑、光亮的纳米Ni-Cu合金金属镀层(Cu的质量分数为26.0%～36.0%)。并通过搅拌,提高pH值、提高镀液温度来提高镀层中Cu的质量分数,获得的Ni-Cu合金为纳米晶体(晶体尺寸为2.5～28.5nm),并只存在面心立方(fcc)相。他们发现在相同条件下其镀层的硬度比直流电沉积镀层高,并且内应力低。Ghosh还利用动电位极化研究了脉冲电沉积Ni的质量分数为35.8%的Cu合金在3%NaCl,50℃下的耐腐蚀性,其结果仍是脉冲电沉积优于直流电沉积。Qu[8]等人利用脉冲电沉积技术制备纳米级的镍。但与以往研究不同的是他们没有利用改变镀液的组成和加入添加剂来控制沉积层镍的尺寸,而仅仅利用超窄的脉冲宽度和高的峰值电流密度来提高沉积电流密度和晶核的成长率。他们发现1)峰值电流密度为100和200A/dm2时,其镍沉积层表面具有相同形态,当峰值电流密度达到300A/dm2时,可以得到更加细小的微・10・ May2004 PlatingandFinishing Vol.26No.3粒和更多类似的微结构;2)沉积层的微粒尺寸随着峰值电流密度的增加而降低,峰值电流密度为300A/dm2时,镍的尺寸为50nm;3)镍沉积层的织构主要是(200)面,其与电流密度密切相关;4)脉冲电沉积所得的纳米镍的硬度比用直流电沉积所制备的更好,随着电流密度改变的硬度同样与粒度、内应力以及孔隙度的变化有关。他们的研究进一步表明了脉冲电沉积技术的优越性——脉冲参数与镀层结构、性能之间密切的关系,要想获得更理想的沉积层,必须进一步研究如何有效的控制脉冲参数,并建立一套关于脉冲参数与镀层性能的理论模型。Saber[9]等人用脉冲电沉积技术制备了锌纳米晶。添加聚丙烯酰胺和硫脲,高的峰值脉冲电流密度(JP=2A/dm2)可以得到纳米粒度的锌沉积层(56nm),而且锌纳米晶最优晶面方向、显微硬度随着脉冲电流密度的变化而变化。JP=1.6A/cm2时,显微硬度为2.3×109HV,但当JP=2A/dm2时,显微硬度下降到1.5×109HV,这可能是因为镀液中少量的添加剂引起的,其晶面方向也从(110)变到(101)面。其锌纳米晶的显微硬度是多晶体锌的5倍。Dietz[10]等人则利用双脉冲技术在铟锡氧化物基体上得到分散的各种结构尺寸的银纳米微粒。他们通过脉冲参数来控制纳米微粒的尺寸、密度以及单分散度等。他们发现,1)增加脉冲电压可以增加核成长率,将增加微粒密度并且可以减小颗粒尺寸;2)随着成核过电压持续时间的增加,微粒密度也随之增加并且伴随着微粒尺寸的降低和分散度的增加;3)增加生长时间可以明显增加颗粒尺寸,并且可依靠颗粒密度来减少孤立微粒的数量。另外,由于脉冲电沉积技术在控制纳米材料性能方面有较好的优越性,所以它也广泛用于一些新型纳米材料的制备中,如纳米薄膜、功能梯度材料、纳米金属多层膜等。Nakanishi[11]等利用脉冲电沉积中的恒电位法制备纳米级的软磁膜Co-Ni-Fe合金。实验中,他们采用旋转圆盘电极法,在pH=2.8电镀液中改变脉冲电沉积参数得到晶体颗粒尺寸基本相同(都小于10nm)厚度为1m的Co-Ni-Fe薄膜。他们发现脉冲电沉积可以在不改变物质的组成的情况下,改变晶体的结构,如改变占空比或电流密度可使晶体中体心立方(bcc)与面心立方(fcc)的比率发生变化。从XRD峰可看出在体心立方(bcc)的(110)与面心立方(fcc)的(111)比率为最大值时,镀层中的Fe含量比较稳定,从而达到了控制软磁膜的磁通量的目的。2.2 复合电镀复合电镀是将固体微粒均匀分散在电镀液中,制成悬浮液进行电镀,但是以纳米微粒作为复合镀微粒得到纳米结构复合镀层的文献却是近几年才出现的。微粒弥散复合镀层可以1)提高金属或合金耐磨损、耐擦损和抗蠕变的性能(如Ni-SiC);2)提高抗蚀性,如钢制品镀镍基复合镀层(如Ni-Al2O3)3;3)作为干性自润滑镀层(如Ni-MoS2、Cu-MoS2);4)提高高温强度,(如Ni-Cr粉);5)作为电接触功能的复合镀层如Ag-Al2O3、(Au-Ni)-SiO2、Sn-MoS2、Sn-石墨等。Benea[12]等人利用脉冲电沉积得到了纳米结构的Ni-SiC的镀层,他们用20nm的SiC微粒与Ni共沉积来得到复合镀层。其复合镀层与纯镍层相比晶粒尺寸更小,表面结构被SiC纳米颗粒所打乱,其Ni基体晶体成长是非晶态结构。这说明,加入的SiC微粒可以通过阻止晶体的生长来增加成核数目,从而得到较小晶粒尺寸的Ni基体,其纳米复合镀层比一般的镍镀层有更好的耐磨性与耐腐蚀性。骆心怡[13]等人把20～30nm的氧化铈颗粒加入到氯化钾型镀锌液中制备出Zn-CeO2复合镀层。与微米氧化铈复合镀层相比,纳米复合镀层能显著改善镀层的耐蚀性。纳米颗粒进入锌镀层改变了锌电结晶过程,促使晶面产生择优取向,镀层组织更均匀、致密。并且一定范围内,纳米颗粒CeO2含量的增加可以提高镀层的耐蚀性。张玉峰[14]用脉冲刷镀的方法将刷镀液中呈纳米颗粒的金属Ni与悬浮在镀液中呈纳米颗粒的不溶性固体ZrO2粒子共沉积到被镀基体表面,获得纳米Ni-ZrO2复合镀层。并发现复合刷镀镀层中纳米ZrO2粒子复合量随着刷镀液中纳米ZrO2含量的增加而增加,纳米Ni-ZrO2复合刷镀层中纳米ZrO2在高温下能抑制晶粒的长大,400℃热处理时,相颗粒为15nm,最高硬度可达900HV,充分表现了Ni-纳米ZrO2复合刷镀层的高温硬度特性,它在高温环境下还有摩擦系数低、耐磨性好的特点。另外,张玉峰[15]还用上述方法将Ni-P合金与纳米Si3N4微粒共沉积于基质表面,而得到(Ni-P)-纳米Si2N4复合镀层。・11・2004年5月 电镀与精饰 第26卷第3期(总156期)
纳米CdS材料的研究现状及应用
第２８卷第３期 ２０１２年２月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ ．２８ Ｎｏ．３ Ｆｅｂ． ２０１２
纳米ＣｄＳ材料的研究现状及应用
崔晓锦 ，李晓明 ，杨 佩 ，齐国栋 ，刘立衡
（１．兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州７３００００；２．甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃白银７３０９００）
摘要：ＩＩ—ＶＩ族半导体纳米材料ＣｄＳ，具有较大的禁带宽度（２．４２ｅｖ），因而，在纳米光电子器件等领域有重要的应 用前景。就此，系统地介绍了ＣｄＳ纳米材料的制备方法及各自特点，就近年来国内外对ＣｄＳ纳米材料的研究进行了 总结，研究表明，ＣｄＳ纳米复合材料是今后发展的趋势。 关键词：ＣｄＳ；制备方法；纳米材料 中图分类号：０６１４．２４
纳米硫化镉材料与块状硫化镉材料相比，不仅
具有纳米微粒的特性，如量子限域效应、小尺寸效 应、表面界面效应、非线形光学效应，而且存在着由
于纳米微粒组装后因规则排列而导致的新效应，如
量子耦合效应与协同效应，在电学、磁学、光学、力学 和催化等领域呈现出更多优异的性能，已经成为新
材料领域的研究热点…。系统地介绍了ＣｄＳ纳米
材料的制备方法及各自特点，就近年来国内外对
ＣｄＳ纳米材料的研究进行了总结，研究表明，ＣｄＳ纳
米复合材料是今后发展的趋势。
１纳米ＣｄＳ的合成
纳米硫化镉的合成方式有很多，使用最多的主要
有化学气相沉积法，电沉积法，水热一溶剂热法等。
１．１化学气相沉积 化学气相沉积法是制备纳米颗粒的常用方法，
可以在常压或者真空条件下进行；而且通过控制反 应物的配比，反应温度，反应时间，反应衬底等反应
参数，可以实现对产物的可控生长。Ｇａｏ等 使用 Ａｕ作为催化剂，在硅衬底上合成了单晶ＣｄＳ纳米
带。使用化学气相沉积法合成的ＣｄＳ纳米材料具
有结晶度高，形貌可控，产量大等优点，合成的ＣｄＳ 纳米线和纳米带的长度能达几百微米以上；但是化
学气相沉积法除了仪器昂贵之外，其制备纳米材料
纳米电沉积技术
纳米电沉积技术
纳米电沉积技术是一种重要的纳米制造技术，它在电子、光电子、材料科学等领域具有广泛的应用。纳米电沉积技术是通过电化学方法将金属离子沉积到基底表面，形成纳米级的金属薄膜或纳米颗粒。
纳米电沉积技术具有以下特点：首先，通过控制电化学反应条件，可以精确控制沉积速率、沉积厚度和沉积形貌。其次，纳米电沉积技术可以在复杂形状的基底表面上进行沉积，实现对微纳结构的制备。此外，纳米电沉积技术还可以制备多层复合膜、纳米线阵列等结构，拓展了纳米材料的应用领域。
纳米电沉积技术在电子器件制备中具有重要的应用。例如，通过纳米电沉积技术可以制备出高精度的金属线路，用于微电子器件的互连。此外，纳米电沉积技术还可以制备出纳米级尺寸的金属电极，在微纳器件中具有重要的作用。纳米电沉积技术还可以用于制备纳米级光电器件，如纳米光栅和纳米光学薄膜，提高光电转换效率。
在材料科学领域，纳米电沉积技术也发挥着重要的作用。通过纳米电沉积技术可以制备出具有特殊物理和化学性质的纳米材料，如纳米晶体、纳米合金和纳米多层膜。这些纳米材料具有良好的机械、光学、磁学和电学性能，在能源储存、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
纳米电沉积技术的发展离不开纳米科学和纳米技术的支持。随着纳米科学和纳米技术的不断发展，纳米电沉积技术也在不断创新和改进。未来，随着纳米电沉积技术的进一步发展，将有更多的应用领域得到拓展，为人类社会带来更多的福祉。
纳米电沉积技术是一种重要的纳米制造技术，具有广泛的应用前景。通过纳米电沉积技术可以制备出具有特殊性质的纳米材料，应用于电子、光电子、材料科学等领域。随着纳米科学和纳米技术的不断发展，纳米电沉积技术将进一步创新和改进，为人类社会带来更多的福祉。
超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展
第52卷第11期2023年11月人 工 晶 体 学 报JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSVol.52 No.11November,2023
超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展
郭容男1,李太文1,王 栋1,王天汉1,裴 琪1,王媛媛2
(1.河南农业大学机电工程学院,郑州 450002;2.河南农业大学园艺学院,郑州 450002)
摘要:超级电容器因具有功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注,但是较低的能量密度限制了其广泛应用。开发新型高效电极材料对改善超级电容器电化学性能至关重要。金属有机框架材料(MOFs)具有比表面积大、结构孔径可控和活性位点丰富等特点,故在能量转化和储存领域受到了广泛关注。但是由于MOFs的结构稳定性和导电性较差,其作为超级电容器的电极材料时,无法获得满意的电化学性能。以MOFs为前驱体制得的MOFs衍生物的稳定性和导电性优于原生MOFs,显著提高了超级电容器的电化学性能。本文综述了超级电容器用纳米MOFs衍生碳化物、氧化物、氢氧化物、磷化物、硫化物电极材料的研究现状,总结了MOFs衍生超级电容器电极材料的合成策略,为超级电容器用MOFs衍生纳米材料的研究提供指导意义。关键词:超级电容器;电极材料;MOF;衍生材料;碳材料;策略选择;结构调制中图分类号:TM53;TB332 文献标志码:A 文章编号:1000-985X(2023)11-1922-09
ResearchProgressofMOFs-DerivedNano-Electrode
MaterialsforSupercapacitors
GUORongnan1,LITaiwen1,WANGDong1,WANGTianhan1,PEIQi1,WANGYuanyuan2
(1.SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China;2.CollegeofHorticulture,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China)
锂离子电池纳米材料研究
第6卷 第2期2000年5月电化学
ELECTROCHEMISTRYVol.6 No.2May2000
文章编号:1006-3471(2000)02-0131-15锂离子电池纳米材料研究
李 泓,李晶泽,师丽红,朱广言,
陈 锓,卢 威,黄学杰,陈立泉3
(中国科学院物理所固体离子学实验室,北京 100080)
摘要: 报道了作者最近在锂离子电池纳米材料方面的研究工作.包括纳米负极材料(如Sb,
SnSb,CuSn及Si),纳米正极材料(如CuS)合成,电化学性质,以及纳米材料的晶体结构与形貌在充
放电过程中的变化等研究.此外还报道了具有纳米尺度阴离子的锂盐在聚合物电解质中的增塑作
用以及纳米硅Raman光谱和光致发光谱受电化学锂掺杂的影响.最后对纳米材料的本征性质与其
电化学性质的关系进行了讨论,并对其在锂离子电池中的应用及在基础研究方面的意义给予了评
述.
关键词: 锂离子电池,纳米材料,负极,正极,聚合物电解质
中图分类号: TM911 文献标识码: A
最近10年,在高能电池领域中锂离子电池已取得了巨大成功.但消费者仍然期望性能更
高的电池面世,而这取决于对新的电极材料和电解质体系的研究和开发.纳米材料具有比表面
积大,离子扩散路径短,蠕动性强和塑性高等特点,在锂离子电池中的应用已逐渐引起关注.我
们实验室最近在负极材料,正极材料和聚合物电解质纳米增塑方面开展了一些工作,现简述如
下.
1 纳米负极材料
和锂离子电池中的碳材料相比,合金类负极材料一般具有较高的比容量,典型的如Si,
Ge,Sn,Pb,Al,Ga,Sb,In,Cd,Zn[1～6].其中金属锡的理论比容量为990mAh/g,硅为4200
mAh/g,远高于碳的372mAh/g.但锂反复的嵌入脱出导致合金类电极在充放电过程中体积
变化较大,逐渐粉化失效,因而循环性较差[7].解决这一问题的办法目前主要有两种:一是采
用氧化物作为前驱体[8～15],在充放电过程中氧化物首先发生还原分解反应,形成了纳米尺度
颗粒增强金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备研究
第28卷第6期2008年12月航空材料学报
JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSVol28,No6December2008
颗粒增强金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备研究
徐瑞东1,王军丽2,郭忠诚1,王华1
(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明650093;2.昆明理工大学分析测试研究中心,昆明650093)
摘要:采用脉冲电沉积,在普通碳钢表面制备了N-iW-P/CeO2-SiO2颗粒增强金属基纳米复合材料,研究了脉冲峰值电流密度和脉冲占空比对电沉积过程的影响,采用纳米颗粒的质量百分含量、沉积速率、显微硬度和表面形貌进行表征。结果表明:增加脉冲峰值电流密度或脉冲占空比,N-iW-P基质金属晶粒细化,CeO2和SiO2纳米颗粒的质量百分含量提高。当脉冲频率为1000Hz,脉冲峰值电流密度和脉冲占空比分别为40A/dm2和50%时,沉积速率最快(5624m/h),显微硬度最高(712Hv)。此时,N-iW-P基质金属轮廓清晰,晶粒细小而均匀,CeO2和SiO2纳米颗粒以弥散态均匀分散在基质金属中。关键词:脉冲电沉积;纳米复合材料;沉积速率;显微硬度;表面形貌中图分类号:TQ153文献标识码:A文章编号:1005-5053(2008)06-0046-05
收稿日期:2008-03-03;修订日期:2008-06-25基金项目:云南省自然科学基金(2007E187M);昆明理工大学科学研究基金(2006-02)和分析测试重点基金(2007-22)作者简介:徐瑞东(1975),男,博士,副教授,(E-mail)rdxukm@126com;rdxupaper@。纳米复合电沉积技术是根据电结晶理论和弥散
强化理论,通过电化学方法,使一种或数种具有纳米尺寸的不溶性固体颗粒与金属离子发生共沉积,从
电镀纳米金属多层膜研究现状
综述电镀纳米金属多层膜研究现状TheStatusoftheStudyofnmMetalMulti-LayerPlating桂枫姚素薇(天津大学化工学院,天津300072)摘要:介绍了纳米金属多层膜的研究现状,讨论了单槽法电镀纳米多层膜的原理和脉冲设计方法,简述了纳米多层膜的结构与特性,分析了纳米多层膜的发展趋势。关键词:纳米金属多层膜Abstract:TheStatusofnmmetalmult-ilayerarestated,principlesandpulsedesignmethodofnmmult-ilayerplatingwithsingle-tankdiscussed,structureandcharacteristicsofnmmult-ilayeroutlinedanditstrendsanalyzed.Keywords:NanometerMetalMulti-layer1前言纳米材料是近年来发展起来的一种新兴材料,当粒子尺寸进入纳米量级(1~100nm)时,其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景[1]。纳米多层膜又称组分调制合金(CompositionModulatedAlloys,简称CMA),它是指一种金属或合金沉积在另一种金属或合金上构成的成分和结构周期性变化,相邻两层厚度之和(称为调制波长)为纳米尺寸的材料[2]。这种材料因尺寸为纳米级,有大量的内界面,表现出量子尺寸效应,所以具有特殊的光学、力学、电磁学、耐磨、耐蚀、巨弹性模量、巨磁阻效应等性能。早在1921年Blum已利用两种不同的电解液制得金属多层膜,1949年Brenner在同一电解液中制得了Cu-Bi多层膜[3]。近年来,由于对材料性能的要求不断提高并期望获得具有特殊性能的新材料,纳米多层膜已经成为材料学和物理学领域的热门研究课题。现在,各国学者已制得CuNi[4]、RuCo[5]、CoCu[6]、NiNiP[7]、AgPd[8]等多层膜。2多层膜的制备方法目前,制备多层膜的方法主要有干法和湿法两种。干法即物理方法,包括溅射、蒸镀等;湿法是通过电解质溶液电沉积多层膜的电化学方法[5]。2.1物理方法制备多层膜的物理方法主要有离子溅射、物理蒸镀、化学蒸镀和分子束外延成形等。它们已成功应用于多层膜的制备,可以精确地控制多层膜各层的厚度。但是,这些物理方法通常要求在高真空和高温条件下进行,对设备要求高、制备时间长、成本高、样品形状尺寸受到限制。而且,物理方法制备多层膜时,到达基体的原子能量往往较高[3],难以避免无序生长和层间扩散。另外,该法制备的多层膜厚度受到限制,难以满足许多性能的直接测试要求。
电沉积纳米晶镍的研究现状及展望
・３Ｏ・ 材料导报 ２００６年５月第２Ｏ卷专辑Ⅵ
电沉积纳米晶镍的研究现状及展望
徐剑刚，余新泉
（东南大学材料科学与工程系，南京２１００９６）
摘要 综述了电沉积法的特点和基本过程，电沉积纳米晶镍的制备工艺，电沉积纳米晶镍的织构和热稳定性， 以及电沉积纳米晶镍的强度和硬度；展望了电沉积纳米晶镍的研究趋势。 关键词 电沉积纳米晶镍制备工艺
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｎｉｃｋｅｌ
ＸＵ Ｊｉａｎｇａｎｇ．ＹＵ Ｘｉｎｑｕａｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎ］ｉｎｇ ２１ＯＯ９６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｃｏｕｒｓｅｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏ—
ｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｔｅｘｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ
ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｎｉｃｋｅｌ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｎｉｃｋｅｌ ｉｓ ｐｒｅ— ｄｉｃｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｅｌｅｅｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ，ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｎｉｃｋｅｌ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
０引言
纳米晶材料是指由晶粒尺寸在１￣ｌＯＯｎｍ范围内的超细晶 粒组成的固态材料［１］。纳米晶材料与同组成的常规粗晶材料相
电沉积技术制备金属纳米结构的研究
电沉积技术制备金属纳米结构的研究
金属纳米结构在纳米科技领域中占有重要地位，因其在光学、电子、催化、医学以及传感器等领域中的应用前景广阔。电沉积技术作为一种重要的制备金属纳米结构的方法，被广泛应用于金属纳米结构的制备领域。本文将从电沉积技术的基本原理、常见的电解液及其影响因素、金属纳米结构的制备方法以及电沉积制备金属纳米结构的研究现状等方面进行介绍。
一、电沉积技术的基本原理
电沉积又称电化学沉积，是指通过在电极表面施加稳定的电场以控制导体表面的离子沉积。这种方法可以制备出具有高度相同形状、结构和组成的纳米颗粒或纳米线。电沉积技术可以实现精密的控制、恒定的环境条件下的结构调节和形貌控制，并且可以在不同的电解液体系中进行。
二、常见的电解液及其影响因素
常见的电解液有硫酸铜、硫酸镍、硫酸铁等。电解液的选择决定了电化学行为的特性。例如，电解液中的金属离子浓度、氧化还原电位和酸度等参数会影响电沉积过程的物理化学性质，从而影响沉积物的成分、形貌、结构和性能。此外，电解液的附加物如表面活性剂、添加剂、缓冲剂等也会对电沉积过程起到一定的影响。
三、金属纳米结构的制备方法
金属纳米结构的制备方法主要包括物理法和化学法两种。金属纳米结构的制备方法可以分为自发成核、生长机制和后处理三个阶段。自发成核阶段是指在电极表面形成原子尺度的固体核，成为后续沉积的起始点。生长机制阶段是指沉积物开始形成，并随时间演化成为所有期望的结构，包括表面形貌和化学成分。后处理阶段是指通过加工和处理等方法进一步改变电极表面形貌和结构。
四、电沉积制备金属纳米结构的研究现状 在电沉积技术制备金属纳米结构的研究中，许多科学家已经开发出多种定量实验和模拟方法，可以微观地描述电极表面物理化学变化和沉积物的演化。其中，应用模型可以预测金属纳米颗粒的性质和结构，包括大小、形状和类型等。在这方面，模型建立的挑战在于描述电化学行为和相变机制之间的复杂关系。此外，尚需深入研究电沉积的反应动力学和金属纳米结构的表面组成和形貌对电沉积反应的影响等问题。
应用电沉积方法制备纳米多层膜的研究现状
第２３卷第３期 腐蚀与防护 ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ＆ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ Ｖｏ１．２３ ＮＯ．３ Ｍａｒｃｈ ２００２
应用电沉积方法制备纳米多层膜的研究现状
孙志华，刘明辉
（ｄｇ京航空材料研究院，北京１０００９５）
摘要：苘述了电机积多层膜的原理．介绍了电沉积方法制备纳米多层膜的研究现状，并讨论了电沉积金属
多屠膜的表观分析 性能及应用前景。 关键词：纳米多层膜；电沉积；研究现状 中国分类号： Ｉ＇ＧＩ＿７４ ４４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５ ７４８Ｘ（２００２）０３￣１１４ ０２
ＳＴＡＴＵＳ Ｑｕｏ ＯＦ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＴＨＥ ＥＩ ＥＣＴＲｏＣＨＥＭＩＣＡＬ Ｆ（）ＲＭＡＴＩ（）Ｎ
０Ｆ ＬＡＭＩＮＡＲ ＭＵＩ ＴＩＬＡＹＥＲ
ＳＵＮ Ｚｈｉ－ｈｕａ，ＬＩＵ Ｍｉｎｇ－ｈｕｉ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９５．Ｃｈｉｎａ）
ｅ￣ｂｓｔｃａｅｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ ｏｆ ｅｌｅｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ［１ｙ ｆｏｒｍｅｄ ｌａｍｉｎａｒ ｍｕｉｒ
ｌａｙｅｒｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎａｌｙｓｅｓ．ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ａｐｐｉｍａ６ｏｎ ｐｒｏｓｐ￣ｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｙｅｒ ａｒｅ ｄｌｓｒｕｓｓｅ４．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｍｍｉｎａｒ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ；ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｔｎＪｃａ［ｆｏｒｍａｔｉｏｎ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ
１引言
金属多层膜，又称为组分调制合金，是一种金属
或台金沉积在另一种金属或合金上形成的组分或结
构周期性变化的材料。多层膜中相邻两层金属或合
金的厚度之和称为多层膜调制波长 ，当调制波长
为纳米级时称为纳米多层膜。由于纳米多层膜在结
纳米复合电沉积技术研究进展
第4O卷第7期
2007年7月
《材料保护》
纳米复合电沉积技术研究进展
[ 摘 要 ] 介绍了纳米复合电沉积技术的研究现状，详细阐述了纳米复合电沉积中 电流密度、纳米颗粒 特征、颗粒分散等三个因素对镀层性能的影响情况，指出了机理研究和工艺技术研 究的发展方向。
[ 关键词 ] 纳米颗粒；复合电沉积；沉积技术
0 前言 纳米复合镀采用电镀或化学镀的方法，在普通镀液中加入纳米固体颗粒，在搅 拌状态下，使纳米粒子与基质金属共沉积而得到复合镀层。 2O世纪60- 70年代，人
们已制备出Cu— C复合镀层，该镀层在汽车轮轴表面有较好的自润滑作用， 之后复合 电沉积获得较快发展 [1] 。近20年，纳米晶、纳米线、纳米管的纳米复合电沉积得到 了发展，一些具有特殊性能的纳米复合镀层在多个领域得到应用：如磁致电阻镀层 在电子储存系统上的应用、高电阻镀层在印刷电路板上的应用、高显微硬度的镀层 在微机电系统的应用 [2] ，本文对此进行了综述。
1 纳米颗粒电沉积技术研究现状
现有的文献对直径4〜800 nm8勺多种纳米粒子与金属共沉积的研究都有报道，这 些粒子包括 A%Q、Cr、C、SiC、Au、SQ2、ZrQ、TQ2、PS SiaNi，其中 A%0报道 最多；而共沉积用金属主要有铜、镍 [3-11] 。
影响粒子与金属共沉积的工艺因素包括粒子特征、电镀液组成、电流密度、电 极的流体力学因素和电极形状。本文就研究较为广泛的电流密度、颗粒类型和浓度 以及纳米颗粒的分散等三个因素作了进一步的介绍。
1 ． 1 电流密度 各种稳态电化学方法在制备复合镀层中都有应用，如直流、脉冲电流、脉冲反
向电流法、恒电势法等。
直流电沉积和脉冲电沉积的对比研究报道较多。脉冲电沉积在改变镀层结构、 获得无裂纹的镀层、提高抗蚀能力和电流效率等方面有较好效果。 J．Steinbach
等[12]在研究电沉积AI2O3/Ni复合镀层时发现，在其他条件相同的情况下，直流电沉 积AtQ的平均粒径在30nr左右，而脉冲电沉积粒径在20 nn左右，由于在反向电沉积 时大的颗粒易脱落。该技术在应用于 AI2Q/Ci复合镀时获得了相同的规律[13]。脉冲 反向电流相对直流电沉积有如下优点：镀层中纳米颗粒的数量增多；镀液中颗粒的 浓度可以降低；可以选择沉积小颗粒。张欢 [14] 详细研究了脉冲电沉积方法在 Ni—W —P- SiC等复合镀层上的应用，发现脉冲镀层表面比直流镀层光滑平整得多；脉冲 镀层中的微粒比直流镀层中的微粒更细腻；脉冲电沉积工艺中，脉冲参数不同会得 到表面平整度和粒度不同的镀层。