中南大学电化学作业

1、循环伏安法的原理及应用循环伏安法的原理及应用制作：崔东红制作：崔东红学学号：号：142312131方向：表面镀覆方向：表面镀覆中南大学主要内容主要内容循环伏安法的原理循环伏安法的原理1金金-铜铜-钯合金无氰电镀上的应用钯合金无氰电镀上的应用2主要内容主要内容循环伏安法的原理循环伏安法的原理1金金-铜铜-钯合金无氰电镀上的应用钯合金无氰电镀上的应用2 循环伏安法循环伏安法是以线性扫描伏安法的电位扫描到头后是以线性扫描伏安法的电位扫描到头后， 再再回过头来扫描到回过头来扫描到原来的起始原来的起始电位值电位值，并并得到电流得到电流电势曲线电势曲线为基础的分析方法。为基础的分析方法。 电位电位以以10

2、 -200 mV/s 的扫描速度随时间线性变化的扫描速度随时间线性变化(Fig.1a)，在此同时记录在不同电位下的电流，在此同时记录在不同电位下的电流(Fig.1b)。基本原理基本原理扫描电压呈等腰三角形。如扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描果前半部扫描(电压上升部分电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分电压下降部分)为还原产物重为还原产物重新被氧化的阳极过程。新被氧化的阳极过程。 一次三角波扫描完成一个还一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的原过程和氧化过程的循环。循环。三三电极体系由工作电极（电极体

3、系由工作电极（WE）、对电极（）、对电极（CE）、）、参比电极（参比电极（RE）组成。在电化学测试过程中，）组成。在电化学测试过程中，始终以工作电极为研究电极。始终以工作电极为研究电极。三三电极体系电极体系具体过程具体过程0平具体过程具体过程 当电极电势逐渐负移到当电极电势逐渐负移到 附近时，附近时，O开始在电极上开始在电极上还原，并有法拉第电流通还原，并有法拉第电流通过。由于电势越来越负，过。由于电势越来越负，电极表面反应物电极表面反应物O的浓度的浓度逐渐下降，因此向电极表逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。面的流量和电流就增加。当当O的表面浓度下降到近的表面浓度下降到近于零，电流也

4、增加到最大于零，电流也增加到最大值值Ipc ，然后电流逐渐下降。然后电流逐渐下降。当电势当电势达到达到 r 后后，又改为，又改为反向扫描。反向扫描。0平具体过程具体过程 随着电极电势逐渐变正，随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的电极附近可氧化的R粒子的粒子的浓度较大，在电势接近并浓度较大，在电势接近并通过通过 时，表面上的电化时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有学平衡应当向着越来越有利于生成利于生成R的方向发展。于的方向发展。于是是R开始被氧化，并且电流开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化增大到峰值氧化电流电流Ipa ，随后又由于随后又由于R的显著消耗而的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线引起

5、电流衰降。整个曲线称为称为“循环伏安曲线循环伏安曲线”。用途用途根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质及其性质如何。如何。反应可逆性的反应可逆性的判断判断IpcIpa，即Ipc / Ipa1，并与电势扫描速度无关。mVnnFRTca593 . 2

6、EE Eppp是扩散传质步骤控制的可逆体系循环伏安曲是扩散传质步骤控制的可逆体系循环伏安曲线的重要特征，是检测可逆电极反应的最有线的重要特征，是检测可逆电极反应的最有用的判据。用的判据。主要内容主要内容循环伏安法的原理循环伏安法的原理1金金-铜铜-钯合金无氰电镀上的应用钯合金无氰电镀上的应用2研究背景研究背景 随着雷达组件电子元器件的复杂性、随着雷达组件电子元器件的复杂性、密集性密集性以及集成度以及集成度的迅猛提高，因芯片与封装的迅猛提高，因芯片与封装材料之间材料之间热膨胀系数的不匹热膨胀系数的不匹配而引起的热应力配而引起的热应力疲劳以及疲劳以及散热性能不佳而导致的芯片散热性能不佳而导致的芯片

7、过热过热，已成为微电子，已成为微电子电路和器件的主要失效形式。雷达电路和器件的主要失效形式。雷达T/R组件组件传统封装材料，传统封装材料，如钼铜如钼铜合金合金等，已经无法等，已经无法适应适应现代先进微波和集成电路技术高速现代先进微波和集成电路技术高速发展发展对封装的各项对封装的各项要要求。求。高硅铝高硅铝(Al-50Si )合金材料具有低合金材料具有低膨胀，膨胀，低密度，高低密度，高热导率，可热导率，可实现气密封装、可机加工等实现气密封装、可机加工等特点特点，可满足封，可满足封装材料对高热导率、低膨胀系数装材料对高热导率、低膨胀系数、气密性，加工、气密性，加工及封装及封装工艺性能的工艺性能的要

8、求。铝要求。铝硅材料应用于雷达硅材料应用于雷达T/R组件、封装组件、封装盒体盒体上需要上需要解决该材料不可焊接的特性，这就需要在解决该材料不可焊接的特性，这就需要在其其表面镀表面镀一层附着力好，可焊性高的一层附着力好，可焊性高的镀层。镀层。金的延展性好，易于金的延展性好，易于焊接焊接，导电性好，接触，导电性好，接触电阻低，电阻低，因而是满足上述封装材料各项要求因而是满足上述封装材料各项要求的最佳镀层金属。的最佳镀层金属。电沉积电沉积过程遵循的电结晶机理和过程遵循的电结晶机理和电极过程电极过程直接直接决定了镀层的微观结构，从而影响着合金镀层决定了镀层的微观结构，从而影响着合金镀层的外观、结合力、

9、硬度、的外观、结合力、硬度、耐磨性耐磨性、耐蚀性、导、耐蚀性、导电性等宏观性能，因此，研究电结晶过程具有电性等宏观性能，因此，研究电结晶过程具有重要的实际意义。重要的实际意义。研究电结晶研究电结晶过程的过程的实际意义实际意义金金-铜铜-钯合金钯合金电沉积的循环伏安曲线电沉积的循环伏安曲线分析分析扫描范围扫描范围0.2V-1.25V扫描扫描速度速度50mV/sH2 从图可以看出，当从从图可以看出，当从0.2V向负向扫描时，在向负向扫描时，在-0.69V附近出现电流峰，且该电流峰很宽。这是附近出现电流峰，且该电流峰很宽。这是因为当电极反应体系中同时存在多个各自独立的因为当电极反应体系中同时存在多个

10、各自独立的反应时，若其反应电位接近，则电流峰将重叠成反应时，若其反应电位接近，则电流峰将重叠成一个宽阔的波峰，可以推断该电流峰为金一个宽阔的波峰，可以推断该电流峰为金-铜铜-钯钯合金合金共沉积的反应电流峰，金、铜共沉积的反应电流峰，金、铜、钯在、钯在-0.69V附近发生了共沉积。随着电位负移，在附近发生了共沉积。随着电位负移，在-0.69V至至-1.02V范围内电流减小，这是因为阴极表面扩散范围内电流减小，这是因为阴极表面扩散层中金属离子浓度由于消耗而减小造成的。当电层中金属离子浓度由于消耗而减小造成的。当电位继续负移，电流在位继续负移，电流在-1.02V至至-1.25V内迅速增大，内迅速增大

11、，此时氢气开始大量析出。此时氢气开始大量析出。10mV/s20mV/s50mV/s70mV/s由图由图看出，当看出，当扫描速度扫描速度为为10mV/s时，正向滞环面时，正向滞环面积远大于负向滞环的面积，表现为较强的正向滞积远大于负向滞环的面积，表现为较强的正向滞环特性，说明电位回扫过程中阴极极化降低，反环特性，说明电位回扫过程中阴极极化降低，反应过程为结晶成核。随着扫描速度增大，电位回应过程为结晶成核。随着扫描速度增大，电位回扫的伏安曲线的正向滞环不断减小，负向滞环不扫的伏安曲线的正向滞环不断减小，负向滞环不断增大。当扫描速度提高到断增大。当扫描速度提高到70mV/s时，回扫曲线时，回扫曲线的负向滞环明显大于其正向滞环，回扫曲