基于二元络合剂的化学镀铜与表面自组装技术
发布时间：2022-12-07 21:38
化学镀是指金属离子被还原剂通过自催化或化学还原反应,在基体表面进行镀覆的过程,金属离子以带电荷的离子络合物的形式参与反应。化学镀铜是重要的基础工艺之一,目前以单一络合剂体系为主,动力学可调控空间小,不同程度地存在镀速低、表面粗糙、晶粒大等问题。基于此,本文提出EDTA/THPED二元络合剂体系化学镀铜的思路,通过调节络合剂占比来研究体系的电化学特性及对镀层结构的作用,以优化出一个合适的化学镀铜体系。此外,鲜有关于添加剂对二元络合剂体系的动力学和结构影响的系统性研究,对此本文系统探究了稳定剂、加速剂和表面活性剂等添加剂的沉积特征,在此基础上制备了铜包覆复合材料,并在化学镀铜表面上组装了有机单分子膜以期解决新生铜镀层易氧化腐蚀的问题。主要取得如下结果:（1）系统分析了 EDTA/THPED二元络合剂体系化学镀铜各因子的电极过程、动力学调节机制与镀层结构演变规律。本文提出以混合电位负移值（△Emix）来作为化学沉积的热力学指标,根据体系混合电位的变化趋势将沉积过程分为诱导、过渡和稳定三个反应过程。发现增加THPED占比及Cu2+、OH-、甲醛浓度,都能使△Emix增加,对应的反应电流密度也相...
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 化学镀铜的络合剂
2.1.1 铜离子与络合剂的结合
2.1.2 络合剂在化学镀铜过程中的热力学
2.1.3 络合剂在化学镀铜过程中的动力学
2.1.4 化学镀铜添加剂的作用
2.1.5 化学镀铜的展望
2.2 化学镀铜基复合材料
2.3 自组装膜的研究
2.3.1 自组装单分子膜形成机理
2.3.2 单分子自组装膜的表征
2.3.3 单分子自组装膜制备与应用
2.3.4 单分子自组装膜的研究展望
2.4 本文的选题背景及主要研究内容
2.4.1 选题背景
2.4.2 主要研究内容
3 试验材料和研究方法
3.1 试验原料及设备
3.2 主要试验器具:
3.3 研究方法
3.3.1 试片的处理
3.3.2 镀速的测定
3.3.3 化学镀液的稳定性测试
3.3.4 电化学测试
3.3.5 镀层结构分析
3.3.6 接触角测试
3.3.7 反射傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析
4 EDTA/THPED二元络合化学镀铜体系的沉积规律
4.1 EDTA/THPED络合比对沉积过程的作用
4.1.1 不同络合剂体系的混合电位响应
4.1.2 不同络合比在二元化学镀铜体系的电极过程
4.1.3 络合剂占比对沉积速率的响应
4.1.4 络合剂总量与沉积速率的关系
4.1.5 络合剂占比对镀层表面微观结构的影响
4.2 Cu~(2+)对二元络合化学镀铜体系沉积过程的作用
4.2.1 Cu~(2+)对体系混合电位的响应
4.2.2 Cu~(2+)浓度在二元化学镀铜体系的电极过程
4.2.3 Cu~(2+)浓度对沉积速率的影响
4.2.4 Cu~(2+)浓度对化学沉积表观形貌和结构的演变
4.3 NaOH对二元络合化学镀铜体系沉积过程的作用
4.3.1 NaOH对体系混合电位的响应
4.3.2 NaOH在二元化学镀铜体系的电极过程
4.3.3 NaOH对沉积速率的作用
4.3.4 NaOH对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
4.4 甲醛对二元络合化学镀铜体系沉积过程的作用
4.4.1 甲醛对体系混合电位的响应
4.4.2 HCHO在二元化学镀铜体系的电极过程
4.4.3 甲醛浓度对沉积速率的作用
4.4.4 甲醛对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
4.5 温度对二元络合化学镀铜体系沉积过程的影响
4.5.1 温度对沉积速率的作用
4.5.2 温度对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
4.6 二元络合剂体系的反应动力学分析
4.7 本章小结
5 添加剂在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.1 稳定剂2,2'-联吡啶在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.1.1 2,2'-联吡啶对体系混合电位的响应
5.1.2 2,2'-联吡啶在二元化学镀铜体系的电极过程
5.1.3 2,2'-联吡啶对镀液稳定性的影响
5.1.4 2,2,-联吡啶对沉积速率的作用
5.1.5 2,2'-联吡啶对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.2 稳定剂K_3Fe(CN)_6对EDTA/THPED体系的影响
5.2.1 K_3Fe(CN)_6对体系混合电位的响应
5.2.2 K_3Fe(CN)_6在二元化学镀铜体系的电极过程
5.2.3 K_3Fe(CN)_6对镀液稳定性的影响
5.2.4 K_3Fe(CN)_6对沉积速率的作用
5.2.5 K_3Fe(CN)_6对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.3 稳定剂K_4Fe(CN)_6对EDTA/THPED体系的影响
5.3.1 K_4Fe(CN)_6浓度对体系混合电位的响应
5.3.2 K_4Fe(CN)_6在二元化学镀铜体系的电极过程
5.3.3 K_4Fe(CN)_6对镀液稳定性的影响
5.3.4 K_4Fe(CN)_6对沉积速率的作用
5.3.5 K_4Fe(CN)_6对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.4 加速剂在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.4.1 SPS浓度对体系混合电位的响应
5.4.2 SPS在二元化学镀铜体系的电极过程
5.4.3 SPS对化学沉积速率的作用
5.4.4 SPS对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.5 表面活性剂在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.5.1 PEG6000浓度对对混合电位的响应
5.5.2 PEG6000在二元化学镀铜体系的电极过程
5.5.3 PEG6000浓度对沉积速率的作用
5.5.4 PEG6000对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.6 本章小结
6 二元络合剂体系化学镀铜制备铜包覆复合材料
6.1 用ETDA/THEPA二元络合剂体系制备润滑复合材料
6.1.1 Cu包覆石墨复合材料的制备
6.1.2 Cu包覆MoS_2复合材料制备
6.2 润滑减摩复合材料的性能
6.3 不同络合体系制备Cu包覆金刚石复合材料的分析
6.4 本章小节
7 自组装技术用于新生化学镀铜层表面的防腐蚀
7.1 自组装膜的表征
7.2 混合有机膦酸自组装的研究
7.2.1 混合有机膦酸自组装膜的制备
7.2.2 混合有机膦酸自组装膜的电化学响应
7.2.3 混合有机膦酸自组装膜的FT-IR分析
7.2.4 混合有机膦酸自组装膜接触角的测量
7.3 烷基硫醇自组装单分子膜的研究
7.3.1 硫醇自组装膜的电化学响应
7.3.2 硫醇自组装膜的FT-IR分析
7.3.3 硫醇自组装膜的接触角测量
7.4 本章小节
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]自组装单分子膜的研究现状及展望[J]. 卢建红,甄崇礼,沈玉,焦汉东,焦树强. 材料保护. 2018(08)
[2]蓝宝石套料用金刚石钻头关键制备技术研究[J]. 徐良,刘一波,徐强. 金刚石与磨料磨具工程. 2017(04)
[3]自组装法制备C18固相萃取填料及富集苯并（a）芘性能研究[J]. 于世华,金丽,连丽丽,任红,程振玉,刘治刚. 表面技术. 2017(08)
[4]先进电工材料进展[J]. 程时杰. 中国电机工程学报. 2017(15)
[5]Two Cobalt（Ⅱ） Coordination Polymers Based on Tetrazylphosphonate and Tetrazylphosphonic Acid Ligands[J]. 赵玉春,姚林山,李建月,于颖慧,侯广峰,高金胜. 结构化学. 2017(03)
[6]浅谈金刚石工具的现状与发展趋势[J]. 马成新,史小华. 超硬材料工程. 2015(05)
[7]四羟丙基乙二胺–乙二胺四乙酸二钠体系快速化学镀铜[J]. 曹权根,陈世荣,杨琼,汪浩,王恒义,谢金平,范小玲. 电镀与涂饰. 2014(19)
[8]硫醇在金属表面自组装成膜的研究进展[J]. 梁洪爽,赵杉林,李萍,史艳华,张振华. 当代化工. 2014(08)
[9]表面增强拉曼光谱研究自组装单分子层在化学接触和纳米隔绝下的分子振动活性变化(英文)[J]. 周杰,李柏霖,朱沛志,卢晓林. 物理化学学报. 2014(04)
[10]十八硫醇自组装膜对青铜的缓蚀作用[J]. 杜伟,李佳佳,万俐,陈步荣,丁毅. 中国有色金属学报. 2012(11)
本文编号：3712902
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【学位级别】：博士
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致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 化学镀铜的络合剂
2.1.1 铜离子与络合剂的结合
2.1.2 络合剂在化学镀铜过程中的热力学
2.1.3 络合剂在化学镀铜过程中的动力学
2.1.4 化学镀铜添加剂的作用
2.1.5 化学镀铜的展望
2.2 化学镀铜基复合材料
2.3 自组装膜的研究
2.3.1 自组装单分子膜形成机理
2.3.2 单分子自组装膜的表征
2.3.3 单分子自组装膜制备与应用
2.3.4 单分子自组装膜的研究展望
2.4 本文的选题背景及主要研究内容
2.4.1 选题背景
2.4.2 主要研究内容
3 试验材料和研究方法
3.1 试验原料及设备
3.2 主要试验器具:
3.3 研究方法
3.3.1 试片的处理
3.3.2 镀速的测定
3.3.3 化学镀液的稳定性测试
3.3.4 电化学测试
3.3.5 镀层结构分析
3.3.6 接触角测试
3.3.7 反射傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析
4 EDTA/THPED二元络合化学镀铜体系的沉积规律
4.1 EDTA/THPED络合比对沉积过程的作用
4.1.1 不同络合剂体系的混合电位响应
4.1.2 不同络合比在二元化学镀铜体系的电极过程
4.1.3 络合剂占比对沉积速率的响应
4.1.4 络合剂总量与沉积速率的关系
4.1.5 络合剂占比对镀层表面微观结构的影响
4.2 Cu~(2+)对二元络合化学镀铜体系沉积过程的作用
4.2.1 Cu~(2+)对体系混合电位的响应
4.2.2 Cu~(2+)浓度在二元化学镀铜体系的电极过程
4.2.3 Cu~(2+)浓度对沉积速率的影响
4.2.4 Cu~(2+)浓度对化学沉积表观形貌和结构的演变
4.3 NaOH对二元络合化学镀铜体系沉积过程的作用
4.3.1 NaOH对体系混合电位的响应
4.3.2 NaOH在二元化学镀铜体系的电极过程
4.3.3 NaOH对沉积速率的作用
4.3.4 NaOH对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
4.4 甲醛对二元络合化学镀铜体系沉积过程的作用
4.4.1 甲醛对体系混合电位的响应
4.4.2 HCHO在二元化学镀铜体系的电极过程
4.4.3 甲醛浓度对沉积速率的作用
4.4.4 甲醛对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
4.5 温度对二元络合化学镀铜体系沉积过程的影响
4.5.1 温度对沉积速率的作用
4.5.2 温度对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
4.6 二元络合剂体系的反应动力学分析
4.7 本章小结
5 添加剂在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.1 稳定剂2,2'-联吡啶在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.1.1 2,2'-联吡啶对体系混合电位的响应
5.1.2 2,2'-联吡啶在二元化学镀铜体系的电极过程
5.1.3 2,2'-联吡啶对镀液稳定性的影响
5.1.4 2,2,-联吡啶对沉积速率的作用
5.1.5 2,2'-联吡啶对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.2 稳定剂K_3Fe(CN)_6对EDTA/THPED体系的影响
5.2.1 K_3Fe(CN)_6对体系混合电位的响应
5.2.2 K_3Fe(CN)_6在二元化学镀铜体系的电极过程
5.2.3 K_3Fe(CN)_6对镀液稳定性的影响
5.2.4 K_3Fe(CN)_6对沉积速率的作用
5.2.5 K_3Fe(CN)_6对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.3 稳定剂K_4Fe(CN)_6对EDTA/THPED体系的影响
5.3.1 K_4Fe(CN)_6浓度对体系混合电位的响应
5.3.2 K_4Fe(CN)_6在二元化学镀铜体系的电极过程
5.3.3 K_4Fe(CN)_6对镀液稳定性的影响
5.3.4 K_4Fe(CN)_6对沉积速率的作用
5.3.5 K_4Fe(CN)_6对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.4 加速剂在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.4.1 SPS浓度对体系混合电位的响应
5.4.2 SPS在二元化学镀铜体系的电极过程
5.4.3 SPS对化学沉积速率的作用
5.4.4 SPS对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.5 表面活性剂在二元络合化学镀铜体系中的作用
5.5.1 PEG6000浓度对对混合电位的响应
5.5.2 PEG6000在二元化学镀铜体系的电极过程
5.5.3 PEG6000浓度对沉积速率的作用
5.5.4 PEG6000对化学沉积铜表观形貌和结构的演变
5.6 本章小结
6 二元络合剂体系化学镀铜制备铜包覆复合材料
6.1 用ETDA/THEPA二元络合剂体系制备润滑复合材料
6.1.1 Cu包覆石墨复合材料的制备
6.1.2 Cu包覆MoS_2复合材料制备
6.2 润滑减摩复合材料的性能
6.3 不同络合体系制备Cu包覆金刚石复合材料的分析
6.4 本章小节
7 自组装技术用于新生化学镀铜层表面的防腐蚀
7.1 自组装膜的表征
7.2 混合有机膦酸自组装的研究
7.2.1 混合有机膦酸自组装膜的制备
7.2.2 混合有机膦酸自组装膜的电化学响应
7.2.3 混合有机膦酸自组装膜的FT-IR分析
7.2.4 混合有机膦酸自组装膜接触角的测量
7.3 烷基硫醇自组装单分子膜的研究
7.3.1 硫醇自组装膜的电化学响应
7.3.2 硫醇自组装膜的FT-IR分析
7.3.3 硫醇自组装膜的接触角测量
7.4 本章小节
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]自组装单分子膜的研究现状及展望[J]. 卢建红,甄崇礼,沈玉,焦汉东,焦树强. 材料保护. 2018(08)
[2]蓝宝石套料用金刚石钻头关键制备技术研究[J]. 徐良,刘一波,徐强. 金刚石与磨料磨具工程. 2017(04)
[3]自组装法制备C18固相萃取填料及富集苯并（a）芘性能研究[J]. 于世华,金丽,连丽丽,任红,程振玉,刘治刚. 表面技术. 2017(08)
[4]先进电工材料进展[J]. 程时杰. 中国电机工程学报. 2017(15)
[5]Two Cobalt（Ⅱ） Coordination Polymers Based on Tetrazylphosphonate and Tetrazylphosphonic Acid Ligands[J]. 赵玉春,姚林山,李建月,于颖慧,侯广峰,高金胜. 结构化学. 2017(03)
[6]浅谈金刚石工具的现状与发展趋势[J]. 马成新,史小华. 超硬材料工程. 2015(05)
[7]四羟丙基乙二胺–乙二胺四乙酸二钠体系快速化学镀铜[J]. 曹权根,陈世荣,杨琼,汪浩,王恒义,谢金平,范小玲. 电镀与涂饰. 2014(19)
[8]硫醇在金属表面自组装成膜的研究进展[J]. 梁洪爽,赵杉林,李萍,史艳华,张振华. 当代化工. 2014(08)
[9]表面增强拉曼光谱研究自组装单分子层在化学接触和纳米隔绝下的分子振动活性变化(英文)[J]. 周杰,李柏霖,朱沛志,卢晓林. 物理化学学报. 2014(04)
[10]十八硫醇自组装膜对青铜的缓蚀作用[J]. 杜伟,李佳佳,万俐,陈步荣,丁毅. 中国有色金属学报. 2012(11)
本文编号：3712902
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