Fe-Ni合金纳米线的反常共沉积机理研究

发布时间：2020-08-29 12:00

　　 Fe-Ni合金纳米线具有优异的磁学、力学等性能,因此,Fe-Ni合金纳米线具有许多潜在的应用前景。Fe-Ni合金的功能性质在很大程度上依赖于Fe-Ni合金的成分。共沉积是沉积的合金中的成分不同于电解液中金属离子的成分。了解共沉积的机理对控制合金的成分非常重要。本文利用直流电化学沉积法,通过电化学工作站在多孔氧化铝模板上制备了单质铁纳米线、单质镍纳米线以及合金铁镍纳米线,并分别采用XRD、SEM、EDS等仪器对样品的晶体结构、形貌、组成成分进行了详细的研究,以及研究铁镍合金纳米线在较小孔径的多孔氧化铝模板内的反常共沉积机理。详细介绍了实验室制备多孔氧化铝模板的方法,并讨论了镀金时间对沉积纳米线的影响。在三电极电解池中制备了 Fe、Ni、Fe-Ni纳米线,并对其进行了 XRD、SEM、EDS表征。研究纳米线在生长过程中,电流大小的变化并讨论铁镍纳米线的极化曲线。我们利用恒电位电沉积法在四种不同的电压(-0.95 V、-1.2 V、-1.8 V、-2.5 V)下沉积铁镍合金纳米线。对合金纳米线的成分进行研究后发现,沉积的纳米线中铁镍的成分比例与溶液中所含铁离子和镍离子的浓度(溶液中Fe2+和Ni2+离子成分分别为40%和60%)比例完全不同,表明发生了共沉积,就是电位较负的金属(Fe:-0.44 V,Ni:-0.25V)在阴极上会优先沉积。随着沉积电压变得更负,共沉积现象减弱。在-2.5 V时为正常沉积。我们提出晶化阻止是共沉积的原因。在沉积Fe-Ni合金纳米线过程形成bcc合金相和fcc合金相。根据Fe-Ni相图,Ni原子在bcc相中的固溶度大约是5%,而Fe和Ni原子可以完全固溶在fcc相中。在电解液中的镍离子扩散到bcc相时,由于固溶度的限制,会被阻止沉积到bcc相中,导致共沉积。当镍离子扩散到fcc相时,由于没有固溶度的限制,不会被阻止。因此,共沉积的程度主要依赖于形成的bcc相的含量。
【学位单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TB383.1;TQ133.1
【部分图文】：

阴极表面,优先吸附

逦（１－５）逡逑其中Ｍ表示Ｎｉ或Ｆｅ。逡逑从图１－１可以看出在电压大于０．５邋Ｖ的条件下，阴极表面铁的含量要大于沉积逡逑的Ｎｉ的含量。在铁的存在下，对更贵重Ｎｉ的抑制是由于阴极表面优先吸附铁的中逡逑间体引起的，这是由两个元素的差异导致的。该模型与以前的原因机制不同，因为逡逑优先吸附被认为是单一金属反应动力学的结果。因此，提出共沉积不直接取决于氢逡逑动力学和表面ｐＨ，而是与单独沉积的两种金属中的每一种电吸附步骤的速率之间逡逑的相互作用有关。这种竞争吸附方法提供了动力学之间的直接联系。逡逑５逡逑

示意图,氧化步骤,第二阳极,铝箔

图２－１邋ＡＡＯ模板形成的工艺流程的示意图（ａ）铝箔（ｂ）第一阳极氧化步骤逡逑（ｃ）去除第一层ＡＡＯ膜（ｄ）第二阳极氧化步骤［９３］逡逑

示意图,米勒指数,晶格衍射,晶面间距

ｎ邋—！邋ｊ—＊邋—５邋ｆ￣｜邋—ｉ邋｜—｜邋门逡逑（ｄ）邋ｕ邋．邋Ｊ邋．邋Ｕ邋ｕＵｊ逡逑图２－１邋ＡＡＯ模板形成的工艺流程的示意图（ａ）铝箔（ｂ）第一阳极氧化步骤逡逑（ｃ）去除第一层ＡＡＯ膜（ｄ）第二阳极氧化步骤［９３］逡逑二次阳极氧化法制备氧化铝模板的步骤如下：第一步，一次阳极氧化，将无斑逡逑的经过电解抛光的铝片固定铜电极上，作为阳极，石墨为阴极。电解液为０．３邋Ｍ的逡逑草酸溶液，通过制冷系统将温度保持在０°Ｃ至５邋°Ｃ之间，在４０邋Ｖ的直流电压下阳逡逑极氧化六小时，得到的孔的直径范围为３５－５０邋ｎｍ。用去离子水冲洗以除去草酸。氧逡逑化后铝片表面形成多孔氧化铝层，由于铝片表面不光滑或者杂质的存在，多孔结构逡逑不均匀。第二步，将６邋ｗｔ％的磷酸和１．８邋ｗｔ％的铬酸混合液，在６０°Ｃ的烘箱里化学逡逑腐蚀１２小时，再用去离子水冲洗干净。除掉了表面有序性差的氧化铝膜，得到表逡逑面比较均匀的氧化铝膜。第三步

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