Кинетика образования и начальных стадий роста новой фазы при электроосаждении из расплавленных солей

• Автор: Гришенкова, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Оглавление

Список условных обозначений
Введение
Глава 1. Энергетика и кинетика электрохимического
зародышеобразования
1.1 Работа электрохимического зародышеобразования
1.2 Кинетический анализ процесса зарождения новой фазы
1.2.1 Дискретный анализ (подход Беккера-Деринга)
1.2.2 Континуальная модель. Основное кинетическое уравнение
1.3 Стационарная скорость электрохимического зарождения
1.4 Нестационарное электрохимическое зародышеобразование в расплавах (потенциостатические условия)
1.5 Выводы по главе
Глава 2. Рост единичных кристаллов серебра при электроосаяедении
из расплавов в гальваностатических условиях
2.1 Основные закономерности гальваностатического фазообразования. Литературный обзор результатов эксперимента и моделирования
2.2 Кинетика разряда ионов на зародыше новой фазы
2.3 Компьютерное моделирование роста единичных кристаллов. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных
2.3.1 Индивидуальный расплав
2.3.2 Расплав, содержащий избыток фонового электролита
2.4 Выводы по главе
Глава 3. Кинетика множественного зародышеобразования в
расплавах
3.1 Моделирование образования и роста нано- и микрокристаллов
3.2. Кинетика формирования нитевидных кристаллов при
электроосаждении

3.2.1 Индивидуальный расплав
3.2.2 Образование нитевидных кристаллов при электроосаждении в присутствии избытка фонового расплава
3.3 Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Основные обозначения

А, В - кинетический коэффициент и коэффициент диффузии в пространстве размеров в уравнении Фоккера-Планка, с'1 а, Ъ - частоты присоединения частиц к кластеру и отрыва от кластера, с"1

с0 - концентрация осаждаемых ионов в глубине электролита, см’ cs - концентрация осаждаемых ионов вблизи поверхности электрода, см'3
csr - концентрация осаждаемых ионов вблизи растущего зародыша, см’3
Сд - удельная емкость двойного электрического слоя, Ф-см'2 D - коэффициент диффузии, см2-с
Е - потенциал электрода, В
е - заряд электрона, е = 1,602-10’19 Кл
/ - коэффициент равный ze/kT
G - свободная энергия Гиббса, Дж
g - число атомов в зародыше
I - ток, А
i ~ плотность тока, А-см'2
Ц) - плотность тока обмена, А-см’2
if ~ плотность фарадеевского тока, А-см’2
J - скорость (частота) зародышеобразования, см’2-с’1
Jcm ~ стационарная скорость зародышеобразования, см’2-с''
j - плотность потока, см’2-с''
КЬК2 ~ константы зародышеобразования
к - постоянная Больцмана, к = 1,381 10'23 Дж-К'1
к+, к - константы скорости катодного и анодного процессов
N - концентрация образовавшихся зародышей, см’2
q - количество электричества, Кл
г - радиус зародыша, расстояние, см
s - площадь электрода, см’2

можно найти константы зародышеобразования в уравнении (1.50). Было показано [5, 88], что К2 в зависимости от состава расплава,
предварительной анодной обработки подложки, температуры и катодного перенапряжения меняется в довольно широких пределах от 4.4-10'4 В2 (сАЕш3=10мас-%> Г= 623 К, Еа = +40 мВ, т] - 14-4-18 мВ) до 2.7-10'2 В2
(сАёмо3= Ю0 мае. %, Г=488К, £’а = +40мВ, ц = 38-ь58 мВ)
отмечено, что К2 растет по мере увеличения индифферентности подложки, то есть с ростом потенциала предварительной анодной обработки Еа, и уменьшается с повышением температуры электролиза вследствие активирования подложки [5]. Используя уравнения (1.51) и (1.48), находим, что значению К2 = 4.4-10'4 В2 соответствует = 17-ь8, Жкр =(1.9-1.2)-1(Г20Дж = (2.2 + 1.4)£7; а для К2 = 2.7-10‘2 В2 = 41-5-1.1,
(12.6+5.4)-10"20 Дж = (18.7 + 8) кТ.
Таким образом, исследование стационарного зарождения при электроосаждении в потенциостатических условиях позволяет получить важную информацию о процессе зарождения новой фазы: найти константы зародышеобразования, определить число атомов в критическом кластере, вычислить работу его образования, оценить границы применимости классической и атомистической теорий.
1.4 Нестационарное электрохимическое зародышеобразование в
расплавах (потенциостатические условия)
Стационарное образование новой фазы при постоянном пересыщении может происходить лишь в течение некоторого промежутка времени, до и после которого процесс зарождения является нестационарным [4, 21]. Увеличение скорости нуклеации на ранних стадиях процесса может быть связано с перераспределением кластеров по размерам, а также накоплением адатомов осаждаемого металла и изменением состояния