电化学沉积法制备薄膜材料

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1、电化学沉积法制备薄膜材料及其研究进展胡宝云李嘉胤田鹏王文静主要内容1、电化学沉积法简介2、电化学沉积机理分析3、电化学沉积方法分类4、电化学沉积的电解质体系5、电化学沉积的影响因素6、电化学沉积法制备的薄膜的特性1、电化学沉积简介电化学沉积是一种液相方法，通过电化学沉积技术在材料表面获得具有多种功能的膜层，是一种历史较长、工艺相对成熟的表面处理技术，金属电化学沉积在19世纪早期就已出现。电化学沉积是指在电场作用下，在一定的电解质溶液（镀液）中由阴极和阳极构成回路，通过发生氧化还原反应，使溶液中的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到我们所需镀层的过程

2、。镀层可以是薄膜也可以是涂层。电化学沉积的特点1.1、电化学沉积的优点1）可在各种结构复杂的基体上均匀沉积；适用于各种形状的基体材料，特别是异型结构件；2）电化学沉积通常在室温或稍高于室温的条件下进行，因此非常适合制备纳米构；3）控制工艺条件(如：电流，溶液pH值，温度，浓度，组成，沉积时间等)可精确控制沉积层的厚度，化学组成和结构等；4）电化学沉积的速度可由电流来控制，电流越大，沉积速度越快；5）电化学沉积是一种经济的沉积方法，设备投资少，工艺简单，操作容易，环境安全，生产方式灵活适于工业化大生产。1.2、电化学沉积法的缺点用电沉积法制备理想的

3、、复杂组成的薄膜材料较为困难。另外，对于基体表面上晶核的生成和长大速度不能控制，制得的化合物半导体薄膜多为多晶态或非晶态，性能不高。2、电化学沉积机理分析阴极还原沉积机理阳极氧化沉积机理2.1、阴极还原沉积机理阴极沉积是把所要沉积的阳离子和阴离子溶解到水溶液或非水溶液中，同时溶液中含有易于还原的一些分子或原子团，在一定的温度、浓度和溶液的pH值等实验条件下，控制阴极电流和电压就可以在电极表面沉积出所需的薄膜。2.2、阴极反应沉积薄膜材料举例1）以ITO玻璃为阴极，以石墨为阳极，以1.0gCdCl2和0.6g硫粉溶于二甲基硫氧化物中的溶液作为电解液

4、，获得了CdS薄膜。2）以不锈钢为基片，以一定摩尔浓度的硫酸铜、乳酸和氢氧化钠溶液为电解液，得到了Cu2O薄膜。2.3、阳极氧化沉积机理阳极沉积一般在较高的pH值的溶液中进行，一定的电压下溶液中的低价金属阳离子在阳极表面被氧化成高价阳离子，然后高价阳离子在电极表面与溶液中的OH-生成氢氧化物或羟基氧化物，进一步脱水生成氧化物薄膜。在阳极反应中，金属在适当的电解液中作为阳极，金属或石墨作为阴极。当电流通过时，金属阳极表面被消耗并形成氧化涂层，也就是氧化物长在金属阳极表面。2.4、阳极反应沉积薄膜材料举例1）FMNazar等人以金属钨为阳极基片，以0

5、.4mol/LKNO3和0.04mol/LHNO3水溶液为电解质溶液，沉积出了氧化钨薄膜。2)GFPastore以金属铝为阳极基片，电解液为硼酸胺，用0.2mol/LH3PO4调至pH=9.0，用NaOH调Ph=7.6，得到了氧化铅薄膜。3)SBSaidman，JRVilche以金属镉为阳极基片，以0.01mol/LNaOH+ymol/LNa2S（0≤y≤0.03）和xmol/LNaOH+0.01mol/LNa2S（0.01≤x≤1）为电解液，得到了硫化镉薄膜。3、电化学沉积的方法恒电流法和恒电压法单槽法和双槽法3.1、恒电流法和恒电压法电沉积方

6、法制备薄膜按其所用电能的供给方式可分为恒电流法和恒电压法。恒电流法是采用恒电流电解，此法数学模型的理论分析较为简单。但是，恒电流法电解时，电极电位容易受外界影响而波动，因而得不到均匀的镀层，采用恒电压法可以避免上述问题。恒电压法是将电解时的电极电压恒定在某一值，使镀液中一种金属离子发生电化学还原而析出；当电极电压恒定在另一值时，镀液中另一种金属离子还原析出。如此交替改变电压，以形成金属多层膜。3.2、单槽法和双槽法按沉积设备不同，电沉积方法分为双槽法、单槽法。双槽法是在含有不同电解质溶液的电解槽中交替电镀得到多层膜的方法。现在，多层膜的制备大都采

7、用单槽法。单槽法是将两种或几种活性不同的金属离子以合适的配比加入到同一电解液中，控制沉积电位或电流，使其在一定范围内周期性变化，得到成分和结构周期性变化的膜层。4、电化学沉积的电解质体系水溶液体系非水溶液体系熔盐体系4.1、水溶液体系把所需要沉积的阳离子和阴离子溶解在水溶液中，同时溶液中含有易于还原的一些分子或原子团，在一定的温度、浓度和pH值等条件下，控制电流和电压，就可在电极表面电化学沉积出各种氧化物薄膜，大部分溶液体系为水溶剂体系。4.2、有机溶剂体系将所需沉积的阳离子和阴离子溶解在有机溶剂中，再添加一些促进沉积的添加剂，即形成了有机溶液体

8、系。它一般用于制备在水溶液中无法实现的或沉积效果不太好的氧化物薄膜。4.3、水-有机混合溶剂体系在有些氧化物的电化学沉积中，用单一的水溶