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电沉积纳米晶体镍 电沉积纳米晶体镍 龚竹青 , 邓姝皓 , 陈文汨 (中南大学 冶金科学与工程学院 , 湖南 长沙 　 410083) 摘要 :利用恒电流沉积的方法 , 在 55~65℃ 、 pH 值小于 3. 5、 电流密度大于 5A/dm 2、 含有糖精的瓦特液中分别以直 流和脉冲方法镀取镍 . 经 X 射线衍射分析 , 镍晶体沉积层表现为 (111) 择优取向 , 扫描电镜和能谱分析结果显示 , 所 得的镍晶晶粒尺寸为小于 10nm 的纳米晶体 , 并且镀层中含有少量的硫 . 通过研究电流密度及溶液中糖精浓度对镍 沉积速率的影响 , 发现电流密度低时 , 镍沉积速率与电流密度呈线性关系 , 大 , 沉积速率减慢 , 对镍沉积起增加极化作用 . 关键词 :电沉积 ; 纳米晶体 ; 镍 中图分类号 :TG174. 441文献标识码 :A204 　　 能 , 而倍受关注 . 2凝胶法 、 火花溅射法 高能球磨法 、 非晶晶化法等 . 与传统的纳米晶体材料制备法相比 , 电沉积方 法可以在相对简单的条件下获得晶粒尺寸为 1~ 100nm 的各种纳米晶体材料 [1], 如纯金属 、 合金 、 半 导体 、 纳米金属线 、 纳米迭层膜以及其他复合体系 , 并且可以大批量生产 . 电沉积制备纳米晶体方法包 括直流电沉积 [2]、 脉冲电沉积 [3,4]、 喷射电沉积 [5]、 复合电沉积 [6]等方法 . 纳米晶体材料具有较高的密 度和极小的空隙率 . 电沉积法制备纳米晶体材料受 尺寸和形状的限制很少 , 不必像溶胶凝胶法等需要 繁杂的后续过程 , 且获得的纳米晶体显示独特的物 化性能 . 作者通过直流和脉冲电沉积方法制取了纳 米晶体镍 , 并考察了电流密度及溶液中糖精浓度对 镍沉积速率的影响 . 1　 实验方法 1. 1　 电沉积镍晶体的制备 阳极为 99. 99%的镍 , 阴极为厚 0. 1mm 的紫铜 片 , 电沉积时对非工作面绝缘 , 电沉积前对电极材料 依次用 2号 ,4号 ,6号金相砂纸打磨 , 分别经酒精 、 丙酮和 10%HCl处理后用蒸馏水冲洗 , 所用试剂皆 为分析纯 , 溶液用蒸馏水配制 . 镀液组成及工艺条件 见表 1. 表 1　 镀液组成及电沉积条件 常规镍 纳米镍 ρ(NiS O 4 ? 7H 2O ) /(g ? L -1) 300300 ρ(NiCl 2 ? 6H 2O ) /(g ? L -1) 4545 ρ(H 3 BO 3) /(g ? L -1) 4040 ρ(糖精 ) /(g ? L -1) 01,2,5,10 ρ(十二烷基硫酸钠 ) /(g ? L -1) 0. 050. 05~0. 1 pH 4. 5~53. 5 t /℃ 35~4555~65 J 直流 /(A ? dm 2) 2. 55 脉冲 2t =47ms , J p =190A/dm 2占空比 0. 95~0. 99[6]　　 注 :J p 为脉冲电沉积的峰电流密度 . 1. 2　 沉积层形貌分析 沉积层形貌以及镀层中各元素的含量用 KYKY 2 2800扫描电镜 (美国公司制造 ) 和能谱仪 (诺曼公司 制造 ) 测定 . 沉积层由 X D982X 射线粉末衍射 (XRD ) 仪 (北科大仪器厂 ) 测定 , 根据文献 [7]中公式计算织 构 . 2　 结果与讨论 2. 1　 电沉积条件对镍晶体结构的影响 图 1是特定电沉积条件下获得的镍沉积晶体的 扫描电镜照片 . 可见 , 当电流密度大于 5A ? dm 2,pH 值小于 3. 5, 温度为 55~65℃ , 含有有机添加剂糖 收稿日期 :2001-10-17 作者简介 :龚竹青 (1941-) , 男 , 湖南常德人 , 中南大学教授 , 博士生导师 , 从事电化学、 湿法冶金、 环境与综合利用等研究 . 第 33卷第 3期 2002年 6月 　　　　　　　　　　　　 中南工业大学学报 J. CE NT. S OUTH UNI V. TECH NO L. 　　　　　　　　　　　　　　 V ol. 33　 N o. 3 June 　 2002 精时 , 所得到的是粒径小于 100nm 的纳米晶体 (见 图 1(a ) ) . 但当电流密度小于 5A ? dm 2,pH 值为 4. 5~5, 温度为 35~45℃ , 无糖精存在时 , 所得到的是直 径大于 100nm 的常规晶体 (粗晶 ) (见图 1(b ) ) . (a ) — 纳米晶体 ; (b ) — 常规晶体 图 1　 电沉积镍晶体的扫描电镜照片 能谱测试结果 (见图 2) 显示电沉积的纳米晶体 镍中含有少量的硫元素 , 这是因为电沉积时的镀液 中含有糖精 , 它在镍沉积的过程中还原为硫与镍共 存于镀层中 ; 而一般