遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡條件下的電解沉積物復(fù)雜形態(tài)生長機(jī)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(xì)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(xué)分枝狀沉積物生長的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,從理論上分析電化學(xué)分形沉積屏蔽效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及外加磁場影響電解沉積物生長形貌的機(jī)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(guān)系并按各沉積物分枝分配的基礎(chǔ)上,建

2、立了電解池的等效電路模型.利用此模型對實驗結(jié)果進(jìn)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(qiáng)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(cè)的電場強(qiáng)度不相同,則分枝向著電場強(qiáng)度較大的那一側(cè)彎曲生長.上述電場強(qiáng)度與沉積物分枝生長速率通過正反饋機(jī)制在沉積過程中互相加強(qiáng),并在各分枝之間電流競爭的基礎(chǔ)上使得電解池中電場強(qiáng)度分布不均勻程度和分枝長度差異隨沉積進(jìn)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(dǎo)致分枝彎曲或沉積物脫離陰極.在總結(jié)了不均勻電場對分枝狀沉積物形貌影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,結(jié)合非平衡態(tài)熱力學(xué)的失穩(wěn)理論,分析了在電化學(xué)分形沉積中屏蔽效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理,認(rèn)為電解系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡的沉積過程中,各種隨機(jī)因素使各沉積物生長速率發(fā)生差異,屏蔽效應(yīng)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(qiáng)度分布不均勻程度的正反饋機(jī)制和各分枝中沉積電流的競爭關(guān)系得到放大的