遠離熱力學平衡條件下的電解沉積物復雜形態(tài)生長機理的研究.pdf

1、在圓盤電解池中以不同濃度的CuSO<,4>水溶液為電解液,以環(huán)形細銅絲作陽極.通過改變陰極與陽極的位置以及陰極的幾何形狀,在電解池中獲得不同分布特性的電場,用原子力顯微鏡觀察電解沉積物的微觀形貌,研究不均勻電場對電化學分枝狀沉積物生長的影響規(guī)律,在此基礎上,從理論上分析電化學分形沉積屏蔽效應的產(chǎn)生機理及外加磁場影響電解沉積物生長形貌的機理.在考慮到沉積物與陽極之間的電解液中的電流與各沉積物分枝具有串聯(lián)關系并按各沉積物分枝分配的基礎上,建

2、立了電解池的等效電路模型.利用此模型對實驗結果進行分析,得到不均勻電場對分枝狀沉積物生長的影響規(guī)律:(1)沉積過程中,強電場區(qū)域中生長的沉積物分枝生長速率比弱電場區(qū)域的要大;如果沉積物分枝兩側的電場強度不相同,則分枝向著電場強度較大的那一側彎曲生長.上述電場強度與沉積物分枝生長速率通過正反饋機制在沉積過程中互相加強,并在各分枝之間電流競爭的基礎上使得電解池中電場強度分布不均勻程度和分枝長度差異隨沉積進行而加大.(2)在濃度和電場分布不均

3、勻程度較大的情況下,電解液中發(fā)生明顯的對流現(xiàn)象.沉積物分枝順著對流的方向漂移,導致分枝彎曲或沉積物脫離陰極.在總結了不均勻電場對分枝狀沉積物形貌影響規(guī)律的基礎上,結合非平衡態(tài)熱力學的失穩(wěn)理論,分析了在電化學分形沉積中屏蔽效應的產(chǎn)生機理,認為電解系統(tǒng)在遠離平衡的沉積過程中,各種隨機因素使各沉積物生長速率發(fā)生差異,屏蔽效應就是這種差異通過沉積物分枝生長速率差異與電解池中電場強度分布不均勻程度的正反饋機制和各分枝中沉積電流的競爭關系得到放大的