中南大學(xué)電化學(xué)作業(yè)

1、循環(huán)伏安法的原理及應(yīng)用循環(huán)伏安法的原理及應(yīng)用制作：崔東紅制作：崔東紅學(xué)學(xué)號：號：142312131方向：表面鍍覆方向：表面鍍覆中南大學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容循環(huán)伏安法的原理循環(huán)伏安法的原理1金金-銅銅-鈀合金無氰電鍍上的應(yīng)用鈀合金無氰電鍍上的應(yīng)用2主要內(nèi)容主要內(nèi)容循環(huán)伏安法的原理循環(huán)伏安法的原理1金金-銅銅-鈀合金無氰電鍍上的應(yīng)用鈀合金無氰電鍍上的應(yīng)用2 循環(huán)伏安法循環(huán)伏安法是以線性掃描伏安法的電位掃描到頭后是以線性掃描伏安法的電位掃描到頭后， 再再回過頭來掃描到回過頭來掃描到原來的起始原來的起始電位值電位值，并并得到電流得到電流電勢曲線電勢曲線為基礎(chǔ)的分析方法。為基礎(chǔ)的分析方法。 電位電位以以10

2、 -200 mV/s 的掃描速度隨時間線性變化的掃描速度隨時間線性變化(Fig.1a)，在此同時記錄在不同電位下的電流，在此同時記錄在不同電位下的電流(Fig.1b)?；驹砘驹頀呙桦妷撼实妊切巍Ｈ鐠呙桦妷撼实妊切巍Ｈ绻鞍氩繏呙韫鞍氩繏呙?電壓上升部分電壓上升部分)為去極化劑在電極上被還原為去極化劑在電極上被還原的陰極過程，則后半部掃描的陰極過程，則后半部掃描(電壓下降部分電壓下降部分)為還原產(chǎn)物重為還原產(chǎn)物重新被氧化的陽極過程。新被氧化的陽極過程。 一次三角波掃描完成一個還一次三角波掃描完成一個還原過程和氧化過程的原過程和氧化過程的循環(huán)。循環(huán)。三三電極體系由工作電極（電極體

3、系由工作電極（WE）、對電極（）、對電極（CE）、）、參比電極（參比電極（RE）組成。在電化學(xué)測試過程中，）組成。在電化學(xué)測試過程中，始終以工作電極為研究電極。始終以工作電極為研究電極。三三電極體系電極體系具體過程具體過程0平具體過程具體過程 當(dāng)電極電勢逐漸負移到當(dāng)電極電勢逐漸負移到 附近時，附近時，O開始在電極上開始在電極上還原，并有法拉第電流通還原，并有法拉第電流通過。由于電勢越來越負，過。由于電勢越來越負，電極表面反應(yīng)物電極表面反應(yīng)物O的濃度的濃度逐漸下降，因此向電極表逐漸下降，因此向電極表面的流量和電流就增加。面的流量和電流就增加。當(dāng)當(dāng)O的表面濃度下降到近的表面濃度下降到近于零，電流也

4、增加到最大于零，電流也增加到最大值值Ipc ，然后電流逐漸下降。然后電流逐漸下降。當(dāng)電勢當(dāng)電勢達到達到 r 后后，又改為，又改為反向掃描。反向掃描。0平具體過程具體過程 隨著電極電勢逐漸變正，隨著電極電勢逐漸變正，電極附近可氧化的電極附近可氧化的R粒子的粒子的濃度較大，在電勢接近并濃度較大，在電勢接近并通過通過 時，表面上的電化時，表面上的電化學(xué)平衡應(yīng)當(dāng)向著越來越有學(xué)平衡應(yīng)當(dāng)向著越來越有利于生成利于生成R的方向發(fā)展。于的方向發(fā)展。于是是R開始被氧化，并且電流開始被氧化，并且電流增大到峰值氧化增大到峰值氧化電流電流Ipa ，隨后又由于隨后又由于R的顯著消耗而的顯著消耗而引起電流衰降。整個曲線引起

5、電流衰降。整個曲線稱為稱為“循環(huán)伏安曲線循環(huán)伏安曲線”。用途用途根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應(yīng)的可逆程度，根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應(yīng)的可逆程度，中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)等。常用來測量電極及偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)等。常用來測量電極反應(yīng)參數(shù)，判斷其控制步驟和反應(yīng)機理，并反應(yīng)參數(shù)，判斷其控制步驟和反應(yīng)機理，并觀察整個電勢掃描范圍內(nèi)可發(fā)生哪些反應(yīng)，觀察整個電勢掃描范圍內(nèi)可發(fā)生哪些反應(yīng)，及其性質(zhì)及其性質(zhì)如何。如何。反應(yīng)可逆性的反應(yīng)可逆性的判斷判斷IpcIpa，即Ipc / Ipa1，并與電勢掃描速度無關(guān)。mVnnFRTca593 . 2

6、EE Eppp是擴散傳質(zhì)步驟控制的可逆體系循環(huán)伏安曲是擴散傳質(zhì)步驟控制的可逆體系循環(huán)伏安曲線的重要特征，是檢測可逆電極反應(yīng)的最有線的重要特征，是檢測可逆電極反應(yīng)的最有用的判據(jù)。用的判據(jù)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容循環(huán)伏安法的原理循環(huán)伏安法的原理1金金-銅銅-鈀合金無氰電鍍上的應(yīng)用鈀合金無氰電鍍上的應(yīng)用2研究背景研究背景 隨著雷達組件電子元器件的復(fù)雜性、隨著雷達組件電子元器件的復(fù)雜性、密集性密集性以及集成度以及集成度的迅猛提高，因芯片與封裝的迅猛提高，因芯片與封裝材料之間材料之間熱膨脹系數(shù)的不匹熱膨脹系數(shù)的不匹配而引起的熱應(yīng)力配而引起的熱應(yīng)力疲勞以及疲勞以及散熱性能不佳而導(dǎo)致的芯片散熱性能不佳而導(dǎo)致的芯片

7、過熱過熱，已成為微電子，已成為微電子電路和器件的主要失效形式。雷達電路和器件的主要失效形式。雷達T/R組件組件傳統(tǒng)封裝材料，傳統(tǒng)封裝材料，如鉬銅如鉬銅合金合金等，已經(jīng)無法等，已經(jīng)無法適應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)代先進微波和集成電路技術(shù)高速現(xiàn)代先進微波和集成電路技術(shù)高速發(fā)展發(fā)展對封裝的各項對封裝的各項要要求。求。高硅鋁高硅鋁(Al-50Si )合金材料具有低合金材料具有低膨脹，膨脹，低密度，高低密度，高熱導(dǎo)率，可熱導(dǎo)率，可實現(xiàn)氣密封裝、可機加工等實現(xiàn)氣密封裝、可機加工等特點特點，可滿足封，可滿足封裝材料對高熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)裝材料對高熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)、氣密性，加工、氣密性，加工及封裝及封裝工藝性能的工藝性能的要

8、求。鋁要求。鋁硅材料應(yīng)用于雷達硅材料應(yīng)用于雷達T/R組件、封裝組件、封裝盒體盒體上需要上需要解決該材料不可焊接的特性，這就需要在解決該材料不可焊接的特性，這就需要在其其表面鍍表面鍍一層附著力好，可焊性高的一層附著力好，可焊性高的鍍層。鍍層。金的延展性好，易于金的延展性好，易于焊接焊接，導(dǎo)電性好，接觸，導(dǎo)電性好，接觸電阻低，電阻低，因而是滿足上述封裝材料各項要求因而是滿足上述封裝材料各項要求的最佳鍍層金屬。的最佳鍍層金屬。電沉積電沉積過程遵循的電結(jié)晶機理和過程遵循的電結(jié)晶機理和電極過程電極過程直接直接決定了鍍層的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響著合金鍍層決定了鍍層的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響著合金鍍層的外觀、結(jié)合力、

9、硬度、的外觀、結(jié)合力、硬度、耐磨性耐磨性、耐蝕性、導(dǎo)、耐蝕性、導(dǎo)電性等宏觀性能，因此，研究電結(jié)晶過程具有電性等宏觀性能，因此，研究電結(jié)晶過程具有重要的實際意義。重要的實際意義。研究電結(jié)晶研究電結(jié)晶過程的過程的實際意義實際意義金金-銅銅-鈀合金鈀合金電沉積的循環(huán)伏安曲線電沉積的循環(huán)伏安曲線分析分析掃描范圍掃描范圍0.2V-1.25V掃描掃描速度速度50mV/sH2 從圖可以看出，當(dāng)從從圖可以看出，當(dāng)從0.2V向負向掃描時，在向負向掃描時，在-0.69V附近出現(xiàn)電流峰，且該電流峰很寬。這是附近出現(xiàn)電流峰，且該電流峰很寬。這是因為當(dāng)電極反應(yīng)體系中同時存在多個各自獨立的因為當(dāng)電極反應(yīng)體系中同時存在多個

10、各自獨立的反應(yīng)時，若其反應(yīng)電位接近，則電流峰將重疊成反應(yīng)時，若其反應(yīng)電位接近，則電流峰將重疊成一個寬闊的波峰，可以推斷該電流峰為金一個寬闊的波峰，可以推斷該電流峰為金-銅銅-鈀鈀合金合金共沉積的反應(yīng)電流峰，金、銅共沉積的反應(yīng)電流峰，金、銅、鈀在、鈀在-0.69V附近發(fā)生了共沉積。隨著電位負移，在附近發(fā)生了共沉積。隨著電位負移，在-0.69V至至-1.02V范圍內(nèi)電流減小，這是因為陰極表面擴散范圍內(nèi)電流減小，這是因為陰極表面擴散層中金屬離子濃度由于消耗而減小造成的。當(dāng)電層中金屬離子濃度由于消耗而減小造成的。當(dāng)電位繼續(xù)負移，電流在位繼續(xù)負移，電流在-1.02V至至-1.25V內(nèi)迅速增大，內(nèi)迅速增大

11、，此時氫氣開始大量析出。此時氫氣開始大量析出。10mV/s20mV/s50mV/s70mV/s由圖由圖看出，當(dāng)看出，當(dāng)掃描速度掃描速度為為10mV/s時，正向滯環(huán)面時，正向滯環(huán)面積遠大于負向滯環(huán)的面積，表現(xiàn)為較強的正向滯積遠大于負向滯環(huán)的面積，表現(xiàn)為較強的正向滯環(huán)特性，說明電位回掃過程中陰極極化降低，反環(huán)特性，說明電位回掃過程中陰極極化降低，反應(yīng)過程為結(jié)晶成核。隨著掃描速度增大，電位回應(yīng)過程為結(jié)晶成核。隨著掃描速度增大，電位回掃的伏安曲線的正向滯環(huán)不斷減小，負向滯環(huán)不掃的伏安曲線的正向滯環(huán)不斷減小，負向滯環(huán)不斷增大。當(dāng)掃描速度提高到斷增大。當(dāng)掃描速度提高到70mV/s時，回掃曲線時，回掃曲線的負向滯環(huán)明顯大于其正向滯環(huán)，回掃曲