氧化亞銅電沉積過程的橢圓偏振光譜法研究.pdf

1、鎳(Ni)金屬銀白色單一外觀嚴(yán)重限制其在裝飾用品和藝術(shù)設(shè)計上的應(yīng)用，為了提升鎳的裝飾價值，采用電沉積方法在鎳基底表面沉積一層氧化亞銅(Cu2O)薄膜。當(dāng)沉積的Cu2O膜層非常薄的時候，由于干涉效應(yīng)薄膜會隨著厚度的改變而呈現(xiàn)出多種顏色，從而大大豐富鎳金屬表面的色彩。然而Cu2O薄膜產(chǎn)生干涉效應(yīng)時厚度和其對應(yīng)顏色的波長相當(dāng)，膜層厚度測量難度較大。本文則采用高精度、高靈敏度的反射式橢圓偏振光譜法測量電沉積Cu2O薄膜厚度，研究在電沉積過程中實

2、驗條件對Cu2O薄膜膜厚、顏色的影響。
　　對樣品進(jìn)行表征：SEM表明Ni基底和沉積膜層表面都存在一定的粗糙度，XPS則證明沉積膜層成分為Cu2O，而且在靠近粗糙Ni基表面的區(qū)域Cu2O含量呈梯度變化。根據(jù)樣品的形貌和組分表征結(jié)果，建立三層膜模型：利用EMA模型將粗糙的樣品表面模擬為Cu2O與空氣的混合層，第二層為純組分的Cu2O，第三層則仍然用EMA將粗糙Ni基底的表面模擬為Ni與Cu2O的混合層，并利用Graded模型將Cu2

3、O含量模擬成在Ni基底表面垂直方向上梯度分布。三層膜模型擬合得到的理論曲線與實驗曲線吻合。
　　首先利用直流Hull槽實驗結(jié)合橢圓偏振光譜法分別研究檸檬酸鈉和酒石酸鉀鈉兩種添加劑對彩色電沉積效果的影響。實驗結(jié)果表明，添加劑能提高電解液的覆蓋能力和分散能力，從而有效改善彩色電沉積效果，并且在一定范圍內(nèi)隨著添加劑用量增加效果越好。與檸檬酸鈉相比，酒石酸鉀鈉能更顯著提升電解液均鍍能力，進(jìn)而沉積得到顏色均勻的樣品。在本實驗中，當(dāng)酒石酸鉀鈉

4、添加的濃度為20g/L時彩色電沉積效果最佳。為了研究膜層厚度與顏色之間的關(guān)系，根據(jù) Hull實驗確定的最佳條件，以沉積時間為變量采用直流電沉積法在4cm2平面電極上沉積Cu2O薄膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膜層顏色會隨著沉積時間改變，并且隨著時間增加膜層顏色還會表現(xiàn)出循環(huán)變換；膜層顏色的改變其實是膜厚的改變，橢偏測量結(jié)果顯示，隨著時間增加膜厚也相應(yīng)地增加，而且膜層厚度與電沉積時間呈線性關(guān)系：dtotal=9.232+0.434t(nm)。
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