氧化亚铜电沉积过程的椭圆偏振光谱法研究

发布时间：2017-12-04 08:08

  本文关键词：氧化亚铜电沉积过程的椭圆偏振光谱法研究

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【摘要】：镍(Ni)金属银白色单一外观严重限制其在装饰用品和艺术设计上的应用,为了提升镍的装饰价值,采用电沉积方法在镍基底表面沉积一层氧化亚铜(Cu2O)薄膜。当沉积的Cu2O膜层非常薄的时候,由于干涉效应薄膜会随着厚度的改变而呈现出多种颜色,从而大大丰富镍金属表面的色彩。然而Cu2O薄膜产生干涉效应时厚度和其对应颜色的波长相当,膜层厚度测量难度较大。本文则采用高精度、高灵敏度的反射式椭圆偏振光谱法测量电沉积Cu2O薄膜厚度,研究在电沉积过程中实验条件对Cu2O薄膜膜厚、颜色的影响。对样品进行表征:SEM表明Ni基底和沉积膜层表面都存在一定的粗糙度,XPS则证明沉积膜层成分为Cu2O,而且在靠近粗糙Ni基表面的区域Cu2O含量呈梯度变化。根据样品的形貌和组分表征结果,建立三层膜模型:利用EMA模型将粗糙的样品表面模拟为Cu2O与空气的混合层,第二层为纯组分的Cu2O,第三层则仍然用EMA将粗糙Ni基底的表面模拟为Ni与Cu2O的混合层,并利用Graded模型将Cu2O含量模拟成在Ni基底表面垂直方向上梯度分布。三层膜模型拟合得到的理论曲线与实验曲线吻合。首先利用直流Hull槽实验结合椭圆偏振光谱法分别研究柠檬酸钠和酒石酸钾钠两种添加剂对彩色电沉积效果的影响。实验结果表明,添加剂能提高电解液的覆盖能力和分散能力,从而有效改善彩色电沉积效果,并且在一定范围内随着添加剂用量增加效果越好。与柠檬酸钠相比,酒石酸钾钠能更显著提升电解液均镀能力,进而沉积得到颜色均匀的样品。在本实验中,当酒石酸钾钠添加的浓度为20g/L时彩色电沉积效果最佳。为了研究膜层厚度与颜色之间的关系,根据Hull实验确定的最佳条件,以沉积时间为变量采用直流电沉积法在4cm2平面电极上沉积Cu2O薄膜,结果发现膜层颜色会随着沉积时间改变,并且随着时间增加膜层颜色还会表现出循环变换;膜层颜色的改变其实是膜厚的改变,椭偏测量结果显示,随着时间增加膜厚也相应地增加,而且膜层厚度与电沉积时间呈线性关系:dtotal=9.232+0.434t(nm)。改变电沉积方式,利用脉冲Hull槽实验研究脉冲占空比对彩色电沉积效果的影响。结果发现,随着占空比减小彩色沉积层光亮范围变宽,但是不同占空比的Hull槽样品表面色彩都不均匀,这是因为沉积层各点厚度分布也不均匀。同样以沉积时间为变量采用脉冲电沉积方法在4cm2平面电极上沉积Cu2O薄膜,结果发现随着沉积时间增加膜层增厚,膜层颜色也不断变化,而且膜厚与沉积时间也呈线性关系:dtotal=0.554t-0.143(nm)。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ153;TQ131.21

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本文编号：1250304