納米結(jié)構(gòu)Ni-Si-,3-N-,4--TiN復(fù)合薄膜的電化學(xué)制備及其相關(guān)性能研究.pdf

1、相對(duì)于傳統(tǒng)的多晶和非晶薄膜材料，納米結(jié)構(gòu)薄膜具有優(yōu)異的磁學(xué)、光學(xué)、物理、化學(xué)和電化學(xué)特性，因而在諸多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景；另一方面，起源于二十世紀(jì)七十年代的復(fù)合電沉積技術(shù)具有低成本、操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、效率高等特性，相對(duì)于納米結(jié)構(gòu)薄膜的其它制備方法(如：sol-gel)具有獨(dú)特之處。因此，具有優(yōu)異性能的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的電沉積研究已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外廣大科技工作者的普遍關(guān)注。然而，目前國(guó)內(nèi)外基于復(fù)合電沉積技術(shù)所得到的復(fù)合薄膜均不

2、具有整體納米結(jié)構(gòu)(區(qū)別于傳統(tǒng)的納米復(fù)合鍍層——其連續(xù)的基質(zhì)相和離散的添加相/分散相均具有納米結(jié)構(gòu))且其表面粗糙不平。 本研究擬基于電沉積過程中的“外延生長(zhǎng)”和“誘導(dǎo)成核”等理論，采用電化學(xué)方法和前驅(qū)納米粉體誘導(dǎo)物來制備納米晶薄膜材料，開拓一條全新的納米材料制備方法。該研究具有重要的理論價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。 論文在對(duì)國(guó)內(nèi)外納米結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的電沉積文獻(xiàn)進(jìn)行廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，主要開展了下列四個(gè)方面的研究： 1．系統(tǒng)地

3、研究了Ni-Si<,3>N<,4>和Ni-TiN復(fù)合薄膜的電沉積工藝參數(shù)(包括：納米Si<,3>N<,4>/TiN粒子濃度、電流密度、pH值、電鍍溫度、攪拌方式及強(qiáng)度、添加劑的種類及含量等)對(duì)Ni-Si<,3>N<,4>和Ni-TiN復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；獲得了一套穩(wěn)定可靠的電沉積制備納米結(jié)構(gòu)Ni-基復(fù)合薄膜的優(yōu)化工藝(重現(xiàn)性大于90％)。 2．采用SEM、AFM、TEM、XRD等多種現(xiàn)代材料研究手段對(duì)優(yōu)化條件下制備的納米結(jié)構(gòu)

4、Ni-Si<,3>N<,4>/TiN復(fù)合薄膜進(jìn)行了一系列的表征。結(jié)果表明，Ni-Si<,3>N<,4>和Ni-TiN復(fù)合薄膜均具有整體納米結(jié)構(gòu)，其晶粒平均粒徑均小于80 nm；同時(shí)，復(fù)合薄膜表面均勻致密、平整光亮。 3．采用循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等電化學(xué)技術(shù)研究了納米結(jié)構(gòu)Ni-Si<,3>N<,4>/TiN復(fù)合薄膜的電沉積行為。結(jié)果表明：在較高的陰極過電勢(shì)條件下，純鎳鍍層和納米結(jié)構(gòu)Ni-Si<,3>N<,4>/TiN復(fù)

5、合薄膜均遵循擴(kuò)散控制下的3D瞬時(shí)“成核/生長(zhǎng)”機(jī)制。前驅(qū)納米粒子Si<,3>N<,4>和TiN在電沉積基體(陰極)表面的吸附作用增加了陰極極化及陰極表面Ni微晶的成核數(shù)目，同時(shí)，前驅(qū)納米粒子在Ni鍍層中的夾雜作用所引起的空間位阻效應(yīng)抑制了Ni晶粒的長(zhǎng)大；二者的共同作用導(dǎo)致了Ni-基復(fù)合薄膜晶粒的細(xì)化和最優(yōu)條件下的整體納米結(jié)構(gòu)。 4．初步探討了納米結(jié)構(gòu)Ni-Si<,3>N<,4>/TiN復(fù)合薄膜在中性3.5 wt．％NaCl溶液中