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學(xué) 士 學(xué) 位 論 文題 目 離子液體中電沉積銅、鎳及其合金的研究進(jìn)展學(xué) 生 劉德華指導(dǎo)教師 李 杰 副教授年 級 2009級6班專 業(yè) 化 學(xué)系 別 化學(xué)系學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院合肥師范大學(xué)2013年5月離子液體中電沉積銅、鎳及其合金的研究進(jìn)展劉德華摘要：離子液體也稱為室溫離子液體，即在室溫時呈液態(tài)的由有機(jī)陽離子與無機(jī)陰離子組成的熔鹽體系，是一種新型綠色介質(zhì)，與傳統(tǒng)的水溶液體系電沉積金屬相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢。電化學(xué)窗口較寬、蒸汽壓幾乎為零（幾乎不揮發(fā)）、環(huán)保、低毒。隨著綠色化學(xué)觀念的深入，對于金屬電沉積的要求越來越高，人們選擇了離子液體作為電沉積金屬的介質(zhì)，近幾年對于離子液體在金屬電沉積方面有了較快速的進(jìn)展，本文中將重點(diǎn)介紹銅、鎳及其合金在離子液體中電沉積原理方法和優(yōu)勢以及國內(nèi)外研究的近況。關(guān)鍵詞：離子液體；金屬；電沉積前言目前，離子液體的研究已經(jīng)非常深入，離子液體本身是一種新型的溶劑，隨著人們對于材料器械精密度、記憶性、傳感性越來越高的要求。因此，在基板上電鍍各種相應(yīng)金屬的密度、厚度、粘合度都有了較高要求。水和有機(jī)溶劑作為傳統(tǒng)電沉積金屬主要介質(zhì)，在電鍍某些金屬時會有較高的超電勢，氫的析出造成的氫脆現(xiàn)象會嚴(yán)重影響鍍層金屬的致密程度、耐腐蝕性、粘附性及其他性質(zhì)，鑒于室溫離子液體較寬的電化學(xué)窗口和幾乎為零的蒸汽壓，一方面使得離子液體在電沉積時可以減少金屬超電勢的限制，在水溶液體系電鍍不了的活潑金屬也可以在離子溶液中沉積1。另一方面，在水溶液體系中電沉積常常加入酸或者有機(jī)物，這些酸類和有機(jī)溶劑有揮發(fā)性、腐蝕性、毒性、易燃易爆性，而離子液體的蒸汽壓極低，幾乎不揮發(fā)，這樣在電沉積時減少了對實(shí)驗(yàn)者的傷害2。離子液體的種類很多，根據(jù)組成其陰陽離子不同分成不同種類的離子液體，不同種類的液體用來電鍍不同的金屬，雙向的選擇以及添加劑的加入使金屬在基板上的鍍層更致密、覆蓋度好、均勻、無裂紋。1 離子液體概述1.1離子液體定義離子液體（Ionic Liquid）亦稱室溫離子液體、室溫熔鹽、非水離子液體、液態(tài)有機(jī)鹽3。完全由特定的正負(fù)離子組成（有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子），這樣不同的正負(fù)離子可以組成多樣的離子液體，同時，我們知道離子化合物都有較高的熔點(diǎn)，在室溫下一般不呈現(xiàn)液態(tài)，目前所用的離子液體是熔點(diǎn)低的，具有固體材料物理化學(xué)性質(zhì)的“軟”功能材料（通常作為介質(zhì)使用），常溫或接近室溫時呈現(xiàn)液態(tài)。1.2離子液體的分類離子液體由不同的陰陽離子組成，陰陽離子數(shù)目相同整體顯中性，根據(jù)陽離子不同離子液體可分為咪唑類、噻唑類、銨鹽類、季磷鹽類、吡啶類、吡咯啉類等。根據(jù)銀離子不同離子液體可分為氯鋁酸類離子液體和相對穩(wěn)定的其它型離子液體，例如：BF4-、PF6-等陰離子4。常用的是咪唑系列、吡咯系列。例如：1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸(BMIm BF4)離子液體。也可以按用途功能分類，第一類是有機(jī)鹵化鹽加AlCl3,第二類是新型穩(wěn)定型離子液體（非AlCl3型），第三類是功能化離子液體化離子液體，是針對某一性能或應(yīng)用設(shè)計的離子液體。例如：氯化-1-( 2-輕乙基)- 3-甲基咪哩鹽 (Hemimlcl) 9，1-甲基- 3-( 2-氨基乙基)咪哇六氟磷酸離子液體5。當(dāng)然，也可以根據(jù)離子液體的酸堿性、在水中的溶解性以及離子液體的不同功能進(jìn)行其它類別的劃分。1.3離子液體的發(fā)展歷史 自1914年，Walden等人就報道了第一種室溫離子液體，即硝酸乙基胺（EtNH3NO3）從此人們開始逐漸認(rèn)識了這種新型的綠色溶劑。1948年美國報道自年了用于電鍍的三氯化鋁+鹵化乙基吡啶離子溶液，成為第一代室溫離子液體，但是烷基吡啶陽離子性質(zhì)不穩(wěn)定容易被還原6。第二代離子液體產(chǎn)生了，即氯鋁酸二烷基正離子產(chǎn)生了，現(xiàn)在仍廣泛被應(yīng)用于電沉積、催化、電池等方面。20世紀(jì)七十年代Koch等人合成了N-烷基吡啶的氯酸鋁鹽型離子液體，為有機(jī)合成和電催化等方面打下了重要的基礎(chǔ)。20世紀(jì)八十年代在美國Seddon教授建立了第一個離子液體實(shí)驗(yàn)室，并指出離子液體將在電化學(xué)領(lǐng)域擁有深遠(yuǎn)意義7。90年代初隨著六氟磷酸、酒石酸、四氟硼酸等離子液體的產(chǎn)生，離子液體作為各種有機(jī)反應(yīng)，催化反應(yīng)等方面出了一系列令人鼓舞的進(jìn)展。緊隨其后吡咯類噻唑類咪唑類季銨鹽類等陽離子又被生產(chǎn)出來，對于離子液體的研究更加深入。 目前，人們已經(jīng)可以根據(jù)自己的需求來制備各種特定功能的離子液體8，而離子液體在金屬電沉積方面也有較為廣泛應(yīng)用，作為新型綠色介質(zhì)離子液體以其獨(dú)特的優(yōu)勢正吸引著人們對他的研究。1.4 離子液體的主要性質(zhì)離子液體是由離子組成的，離子間相互作用力是庫侖力，因此它的蒸汽壓極低，近乎為零，直接導(dǎo)致離子液體揮發(fā)性很小。其次也是由于其組成為離子，所以離子液體導(dǎo)電性能非常好9。再次由于陰陽離子自由組合沒有中心離子，使之具有多樣性。一些離子液體（例如：氯化膽堿尿素組成的低溫共融離子液體），溶解性也相當(dāng)?shù)暮?，在一般水溶液中或者有機(jī)溶劑中三氯化鋁鹽都比較難溶，而在這種共溶離子液體中溶解性很好。最后也是最重要的應(yīng)用于電化學(xué)沉積的最主要的性質(zhì)，離子液體具有較寬的電化學(xué)窗口，比傳統(tǒng)的水電解質(zhì)溶液，有機(jī)電解質(zhì)溶液體系都要寬泛一些。使一些在水溶液電解質(zhì)中不能沉積的活潑金屬析出，并且很好的避免了氫脆現(xiàn)象。使鍍層金屬更加均勻，致密。1.5 電化學(xué)窗口 離子液體的電化學(xué)窗口一直是研究其性質(zhì)的非常重要的一條，所謂電化學(xué)窗口就是指在電化學(xué)循環(huán)伏安曲線上沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的那一平緩段，也就是說電極在這個電位范圍內(nèi)沒有電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，不會有物質(zhì)沉積出來10。因此在電化學(xué)研究時，所研究的金屬或非金屬的氧化還原電勢應(yīng)該處于所選擇的電鍍液和所選擇的電極的電化學(xué)窗口之中，才不會造成其它影響。不同的電鍍液的電化學(xué)窗口不一樣。電解質(zhì)溶液的電化學(xué)窗口一般用循環(huán)伏安法利用電化學(xué)工作站進(jìn)行掃描，而采用的工作電極對電化學(xué)窗口也有較大影響，一般采用的鉑片電極，鉑片電極本身具有催化作用，使得電極附近發(fā)生了不一樣的反應(yīng)，導(dǎo)致離子液體的電化學(xué)窗口變窄，基于鉑電極的電化學(xué)穩(wěn)定性，鉑電極仍然是應(yīng)用的最廣泛的工作電極。 基于離子液體電化學(xué)窗口的拓寬與電極的選擇不少工作者也做了大量相關(guān)工作，可見，寬泛的電化學(xué)窗口在離子液體的應(yīng)用方面所占有的重要地位。2 離子液體與金屬電沉積金屬電沉積即為通常所說的電鍍，即為利用電解原理在某些材料（金屬、非金屬、塑料工程材料等）的基板上鍍上一層其它金屬或者合金的化學(xué)過程，這樣可以改變基板表面的性質(zhì)（例如導(dǎo)電性、耐腐蝕性、機(jī)械性能、生物活性、傳感性磁性以及記憶性等）11，使其在電化學(xué)領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用都有重要意義。因此，如何使鍍層多樣化、致密、均勻、電導(dǎo)性強(qiáng)、擴(kuò)散系數(shù)小、附著力強(qiáng)、環(huán)境友好等方面的研究具有重要意義。離子液體的電化學(xué)窗口較寬，一般在3V6V之間，有的離子溶液甚至高于6V12。因此，對于電位較小的金屬和非水溶性金屬均能進(jìn)行沉積，也能使多種金屬合金進(jìn)行沉積。同時，離子液體的非揮發(fā)性和較高的熱穩(wěn)定性，使其能在電沉積時不釋放有害物質(zhì)，熱穩(wěn)定性使室溫離子液體的工作溫度范圍較為寬泛，在水溶液電解質(zhì)體系對于溫度要求很嚴(yán)格，而離子液體則不存在這種狀況。 在傳統(tǒng)的水溶液電解質(zhì)體系、有機(jī)溶劑電解質(zhì)體系以及非水溶劑電鍍體系中，電沉積某種金屬或者合金時要選擇一種適合的電解質(zhì)鍍液，在選擇時首先要考慮鍍液的電化學(xué)窗口，例如：由于水溶液的電化學(xué)窗口較窄，一些電勢排在氫前的金屬不能進(jìn)行沉積，或者在沉積時伴隨著氫氣的析出，這樣會影響鍍層的質(zhì)量13。相比而言，離子液體的電化學(xué)窗口較寬，而且工作溫度范圍寬，這樣大大增加了可鍍金屬的種類。 金屬鹽類在傳統(tǒng)水溶液體系中，由于體系的電化學(xué)窗口較窄，電解過程中會出現(xiàn)氫析出，影響了鍍層金屬的形貌和致密性?；陔x子液體優(yōu)于其它的性質(zhì)，對于如何更加進(jìn)一步通過添加添加劑及電極的選擇拓寬電化學(xué)窗口也成為了電沉積方面的重要工作。3 離子液體電沉積鎳及其合金的研究進(jìn)展3.1離子液體電沉積鎳的幾種方法及相關(guān)概念鎳是一種記憶合金，耐腐蝕性強(qiáng)以及較好的磁性金屬材料，在高精密儀器制造、電池制造和醫(yī)學(xué)方面都有較為廣泛的研究。因此，電鍍鎳層時的環(huán)境污染程度、鎳鍍層的致密程度、覆蓋的均勻度、鎳層的純度都相應(yīng)的要提高。而在傳統(tǒng)的水溶液電解體系和有機(jī)電解質(zhì)體系中，由于過電位而在電鍍過程中析出氫，由于氫脆作用使得鎳層不均勻，在電沉積鎳合金時還會出現(xiàn)異常沉淀現(xiàn)象（異常沉淀是指：合金中一種金屬的含量超出比例的高，而另一種金屬的含量比預(yù)計的要低）14，為了避免上述現(xiàn)象，學(xué)者們采用離子液體及添加劑作為電解質(zhì)體系。一下將介紹幾種最新的常用的離子溶液電沉積金屬鎳的方法。3.2 在氯化1- 乙基-3-甲基咪唑（EMIC）離子液體中電沉積金屬鎳2007年合肥工業(yè)大學(xué)楊培霞等人在氯化1-乙基-3-甲基咪唑（EMIC）離子液體中加入二氯化鎳 (NiCl),乙二醇作為添加劑，氯化1-乙基-3-甲基咪唑（EMIC）屬AlCl3型離子液體15。更適合于鎳的沉積，電鍍液的配制，電鍍的進(jìn)行又要在充滿稀有氣體的真空狀態(tài)下進(jìn)行，即在手套箱內(nèi)完成。鎳的電沉積采用三電極系統(tǒng)，如題所示：左邊的是輔助電極，常常選擇電極，中間的是工作電極，常常是金屬沉淀物析出的一極，右邊的是參比電極。鎳的電鍍需要大概20分鐘，沉積析出的金屬層多為銀灰色、銀色。鍍層光滑，所以在離子液體及添加劑的鍍液體系中可以得到結(jié)晶細(xì)小而致密的鎳層16。電鍍液需要相應(yīng)的表征，例如配制好的電鍍液應(yīng)先用循環(huán)伏安法進(jìn)行掃描，觀察其氧化還原峰是否規(guī)則，鍍層的表征是采用電子掃描電鏡直接觀察鍍層的外觀覆蓋程度、致密程度以及裂紋狀況。此外，能譜（EDX）的分析也是必不可少的，能譜可以分析鍍層元素的存在狀態(tài)，也可以檢測出鍍層金屬中的雜質(zhì)元素。傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜法也應(yīng)用于表征鍍液是否達(dá)到了電鍍的條件，以上一系列的的表征手段，用來確保電鍍的進(jìn)行。3.3 鎳鍍層外觀檢測 鍍層外觀質(zhì)量采用目測評價法，評價標(biāo)準(zhǔn)見如下表 鍍層外觀質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)17 鍍層顏色 鍍層均勻性 金屬光澤黑-灰黑 差 差24灰-灰白 較差 較差銀灰-白 較好 較好銀白 好 好3.4 添加劑對于鎳的電沉積影響2012年Y.-L. Zhu等人在1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓鹽離子液體中沉積了金屬鎳單質(zhì)層，在電鍍過程中添加劑丙酮 (AC) 和硫脲 (TU) 的影響被深入研究18，鎳的沉積情況仍然用電子掃描點(diǎn)鏡（SEM掃描電鏡）XPS and EDX等。由于離子液體黏度一般比較大，加入添加劑助是非常必要的。在隨后的研究中各種添加劑、助溶劑陸續(xù)產(chǎn)生和被研究。基于各種金屬的沉積過電位取決于金屬種類，大規(guī)模傳輸和電荷傳輸速度。在離子液體中加入氰化甲烷改變了鎳的沉積環(huán)境，減少了鎳在沉積時的過電位，獲得了更好的鎳的沉積形態(tài)。乙二胺的加入抑制的鎳的過電位，導(dǎo)致形成微粒狀的鎳由于生成了3-乙二胺鎳（）19。人們發(fā)現(xiàn)了通過加入煙酸（尼克酸）到尿素混合物中20，鎳的形貌是可以被調(diào)試的，原因是絡(luò)合作用和吸附作用。添加劑丙酮減少了金屬在離子液體中的沉積電位，是由于改變了金屬的電化學(xué)環(huán)境，人們希望鎳晶體在離子液體中被丙酮有更高選擇性的的包圍。硫脲被認(rèn)為是一種很好的配合基，對于金屬傳遞，硫脲已經(jīng)廣泛應(yīng)用于提高鎳在離子液體中的沉積，在現(xiàn)在的研究中添加劑的效果關(guān)于鎳在沉積過程中的電化學(xué)行為已經(jīng)被應(yīng)用在鍍鎳離子溶液中。3.5 鎳鋅合金在離子液體中的電沉積H.Y.Yang（國際輕金屬研究中心）在氯化膽堿與尿素1:2配比的離子溶液中，加入二氯化鎳和二氯化鋅，80攝氏度條件下攪拌至均勻透明，在手套箱里充滿恒流氬氣的三電極和恒電勢器輔助下進(jìn)行合金沉積21。利用伏安計時法和安培分析法、極譜電流時間曲線法、結(jié)合電子掃描和極譜電流時間曲線顯示了晶體生長瞬時的，過程的三維變化，以及共沉積時鋅的擴(kuò)散限制。鎳鋅沉積是固體解決方案，沉積物中含有百分之八十七，顯示最好的耐腐蝕性。由于有致密的無裂痕的結(jié)構(gòu)，基于氯化膽堿尿素低溫共熔離子液體有前景的性質(zhì)22，鎳離子鋅離子的電化學(xué)減少用循環(huán)伏安法表征，晶體生長過程，用電流計時法表征。鎳鋅的合金在水溶液體系中鋅的沉積量較少，由于鋅的欠電位沉積，人們嘗試過在水溶液電解質(zhì)體系中加入添加劑以及在幾種離子液體中進(jìn)行沉積，在季銨鹽類離子液體中沉積這種合金是目前來講比較廣泛的。3.6 金屬合金共沉積過程中的異常沉積現(xiàn)象基于鎳鋅合金的耐腐蝕性與良好的磁性，這種合金的鍍層質(zhì)量的提高也相應(yīng)成為研究的核心，同時在合金共沉積過程中，有異常沉積現(xiàn)象，若是在水溶液體系中，這種現(xiàn)象會更加嚴(yán)重，新的比例會更高，因?yàn)殡姵练e時由于聶心的過電位沉積，導(dǎo)致氫氣的析出，導(dǎo)致電極附近PH 升高，抑制了鎳的沉積23。由于這種異常沉積的現(xiàn)象，在水溶液體系得出比例較為理想的鎳鋅合金幾乎是不可能的，所以，選取了離子液體這種綠色的，不含有水分（不會有氫的析出或者析出量很少，最差的情況也可以延遲氫氣的析出），綠色的、低毒的非水溶劑體系。，可以適當(dāng)減少甚至是避免金屬共沉積的異常沉積狀況。3.7 鎳鈷合金在離子液體中的電沉積 鎳鈷合金擁有很好的機(jī)械性能、生物性能、磁性、記憶性等，作為良好的磁性材料被廣泛應(yīng)用于航天、造船、建筑等各個研究和生活的方面，在合金的耐腐蝕方面人們做了許多工作24，例如，如何抑制普遍存在的合金異常沉積，加入添加劑后使合金中的某種金屬含量升高和降低，工作溫度和電極掃描密度都是怎樣影響鎳鈷合金鍍層的質(zhì)量的，張慶元等人討論了電鍍工藝中如何改變一些條件，進(jìn)而影響了鎳鈷合金的沉積過程。3.8 離子溶液中電沉積鎳小結(jié)電沉積鎳鋅合金是一種很實(shí)際的應(yīng)用，鎳及其合金的好的耐腐蝕性和磁性的研究興趣一直在增長，在水中的鎳的電沉積系統(tǒng)擁有很寬的應(yīng)用，然而，在水溶液系統(tǒng)沉積時有氫析出，這會對電流效率和鎳的沉積物產(chǎn)生較大的影響，而且在某些情況下基板也會受到影響。因此在實(shí)際應(yīng)用時產(chǎn)生了質(zhì)子惰化現(xiàn)象。離子溶液可以有選擇性的沉積鎳及其合金，離子液體通常有寬的電化學(xué)窗口，寬泛的工作溫度范圍，高的導(dǎo)電效率而且不會析出氫，這些都由于離子液體中沒有水的存在?，F(xiàn)在的研究主要集中于鎳在第一代離子液體（氯鋁酸N-烷基吡咯鹽）中的沉積25，然而，實(shí)際應(yīng)用中氫的自然析出在這種離子溶液中得到延期。綠色的水穩(wěn)定性好的離子液體是第二代，研究表明在鋅氯化鋅1-乙基-3-甲基咪唑中鎳的沉積正常，而且有一個較高的鎳含量。沉積電勢、電流密度、形態(tài)、相結(jié)構(gòu)沉淀物的腐蝕行為等都是影響著鍍層金屬的因素。4 離子液體電沉積銅及其合金的研究進(jìn)展4.1離子液體電沉積銅的常用方法用于電沉積銅的離子液體種類有吡啶鹽類、季銨鹽、季磷鹽、咪唑鹽類等，AlCl3-咪唑類應(yīng)用最廣泛；C.L.Hussey等人在氯化甲基吡啶類離子液體中電沉積了銅單質(zhì)，同時指出了。銅在電極上的沉積方式是標(biāo)準(zhǔn)的三位半球面成核，而且有一定的過電位26。C Nanjunsiah等人研究了一價銅離子和二價銅離子在氯化丁基吡啶/三氯化鋁體系中的電化學(xué)行為，包括連續(xù)的、瞬時的成核狀況以及沉積晶體表面形貌等的變化27。 Sun等人用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMMBF4）電沉積了銅。S.Zein El Abedin等人以BMImDCA離子液體為電解質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)行電沉積銅的實(shí)驗(yàn)，其中利用聚苯乙烯模板作為基板，沉積出了光學(xué)性能非常好的銅層28。其中，主要應(yīng)用了EDX（能譜）、循環(huán)伏安曲線法、安培計時法、XPS（用于觀察晶體相態(tài)）、XRD（用于觀察晶體晶相結(jié)構(gòu)也稱X-射線衍射）、SEM(環(huán)境掃描電鏡)等表征方法。4.2 離子液體中銅的電化學(xué)行為 張啟波等人在吡啶類離子液體中電沉積了銅，并研究了銅在電沉積過程中的電化學(xué)行為，主要利用循環(huán)伏安法進(jìn)行電化學(xué)掃描，觀察銅在沉積過程中晶核及晶體的成長過程，其中酸性的離子液體對于銅晶體的成長具有阻礙作用29，銅在離子液體中常以一價銅離子形式存在，而實(shí)驗(yàn)證明一價銅離子的還原為不可逆過程，這樣可以使銅的納米級粒子沉積的更為均勻平整，同時，也使得銅鍍層更加致密平滑。 4.3 銅鍍層外觀評價宏觀上用肉眼進(jìn)行評估銅鍍層的顏色，觀察是不是呈現(xiàn)光滑、色澤明亮、均勻。有無厚度不一、氣泡和裂痕。微觀上一般采用電子掃面電鏡（SEM）進(jìn)行掃描，觀察納米級的銅鍍層的厚度、覆蓋度。也可以利用能譜儀對鍍層進(jìn)行度譜術(shù)，查看銅層是否有其它元素的雜質(zhì)。4.4 離子液體中銅的合金電沉積2012年P(guān)eixia Yang等人在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(BMImBF4)中沉積了銅鋰合金，以銅為工作電極在直流電情況寫沉積合金，加入1-丁炔-1，4-二醇為添加劑，運(yùn)用XPS、ICP、 X-ray（X射線衍射）等表征方法30。Sunetal獲得了六邊形排列的管陣排列晶型的銅錫合金，通過在直流電作用下，以EMImDCA離子液體為電解質(zhì)，沉積出了銅鋰合金鍍層，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜、X-射線衍射發(fā)、掃描電鏡等手法表征。2011年王波，徐存英等人在在含有CuCl的BMIC-ZnCl2(摩爾比為1：2)離子液體中，在恒定電勢恒定電流密度下，電沉積了Cu-Zn合金。研究了CuCl的濃度外加電勢、溫度對Cu-Zn合金成分、形貌及電流效率的影響，并采用帶X射線能量散射譜(EDS)和掃描電子顯微鏡(SEM)及X射線衍射儀等表征手段，對所得Cu-Zn合金鍍層的成分、表面形貌進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)電解液中CuCl的濃度為0.2mol/L時，陰極電勢在-0.1V左右，工作溫度為70時，可得銅合金鍍層質(zhì)量最好31。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也給今后人們在離子液體中電沉積金屬一些啟示，溫度、電流密度、沉積電位等因素綜合起來，選取其中一個最為適宜金屬沉積的條件，在此條件下電沉積出來的金屬層覆蓋最完整、粘接度強(qiáng)、鍍層更加均勻、更加致密。4.5 Reline室溫離子液體中的銅錫合金的電沉積 在實(shí)驗(yàn)中，離子液體是氯化膽堿（氯化2-羥基乙基三甲銨）與尿素（脲）以摩爾比1:2進(jìn)行固體混合，攪拌至完全透明成液體，此時形成了低溫固熔體離子溶液32，此溶液原料易得、價廉、低毒，十分符合綠色介質(zhì)電沉積金屬的綠色環(huán)境友好的觀念。同時提出檢驗(yàn)離子液體的純度及和格性的方法核磁共振檢測和X-射線檢測，當(dāng)然，對于實(shí)驗(yàn)室制備的離子液體有較為嚴(yán)格的要求。 接下來的步驟是研究濕度對于銅錫層的形貌、組成配比，不同的電解時間對于鍍層金屬的成分的影響，電流密度電勢差等因素的影響，銅錫兩種金屬以不同的比例對于鍍層金屬中的金屬含量的影響以及形貌的影響等，然后采用XRD能譜來分析鍍層的成分組成，以及SEM掃描鍍層的形貌，用粘結(jié)實(shí)驗(yàn)，這一實(shí)驗(yàn)也可以用刀子等工具在鍍層上劃，查看有無破損脫落狀況。最后得出一組最適合的實(shí)驗(yàn)條件，濕度、溫度、離子液體用量、電解時間、有無添加劑以及添加劑的用量、兩種金屬鹽類的配比等等，來有效控制鍍層金屬的成分含量以及異常沉積現(xiàn)象。 4.6 銅及其合金在水溶液電沉積小結(jié)1. 銅及其合金通常在咪唑類、吡咯類、季銨鹽類等較為原始的離子液體中沉積。2. 銅的沉積方式隨這添加劑與電極的不同也相應(yīng)的改變，實(shí)驗(yàn)表明，雖然沉積方式有變化但是沉積的晶型未發(fā)生變化，只是晶體取向有了小幅度改變。3. 銅在電沉積前處理通常是以氯化物或者溶劑化形行處理，經(jīng)過氧化還原過程最終以Cu離子形式存在于離子液體中，隨后可以進(jìn)行微電極系統(tǒng)的沉積。5 結(jié)束語離子液體作為一種新型的綠色介質(zhì)，以其良好的導(dǎo)電性、較為寬泛的電化學(xué)窗口，離子液體在金屬電沉積、電池制造、電催化、有機(jī)電合成等不同領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價值。同時離子液體種類繁多，可以根據(jù)不同需要改變組成離子液體的陰陽離子制備不同的離子液體。更加難能可貴的是離子液體不揮發(fā)性、不易燃易爆、毒性小的特點(diǎn)都極大引起了人們對其研究應(yīng)用的興趣，然而，這種新型的溶劑對周圍環(huán)境要求較高，尤其在電鍍金屬時，需要在稀有氣體的保護(hù)下進(jìn)行，而且易失效、價格較貴。及于離子液體以上所有特點(diǎn)，日后開發(fā)出環(huán)境更加友好的、價格低廉且不易失效的離子液體已成為日后的重點(diǎn)研究方向。瑕不掩瑜的是離子液體在以上方面的工業(yè)應(yīng)用雖然剛剛開始，但已顯示出離子液體對綠色化學(xué)和清潔技術(shù)所起的重要作用。 同時，金屬的電沉積與化學(xué)鍍也在機(jī)械制造、高精密儀器制造、工程塑料表面改性等研究和工業(yè)方面都有重要作用，因此，不同基板表面沉積金屬的質(zhì)量提高也成為電化學(xué)領(lǐng)域的重要工作，基于離子液體離子液體的出現(xiàn)恰好彌補(bǔ)改進(jìn)了傳統(tǒng)電解液的缺點(diǎn)，然而，離子液體在電沉積金屬方面也有缺點(diǎn)，例如價格較貴，要求的電鍍條件較高。一般情況下，離子液體及加入的金屬鹽都需要在真空干燥，電鍍的前處理有時較為煩復(fù)，電鍍過程中需要在手套箱中進(jìn)行（需真空狀態(tài)下和稀有氣體保護(hù)），有些離子液體對氧氣及水不穩(wěn)定。因此，在利用離子液體電化學(xué)窗口寬泛、低毒害、環(huán)保等優(yōu)勢的時，想辦法制備出成本低廉、性質(zhì)相對穩(wěn)定的離子液體也將成為金屬電沉積以后的重要工作。參考文獻(xiàn)：1 鄧友全離子液體性質(zhì)、制備與應(yīng)用，國家自然科學(xué)基金資助出版，中國石化出版社，2006，384-387，406-409。2 Chaopeng Fu, Haihui Zhou, Wencai Peng, Comparison of electrodeposition of silver in ionic liquid microemulsions. 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