电化学沉积三维有序大孔Fe-Ni合金和表征

论文摘要

论文利用粒径在200-700nm单分散性聚苯乙烯胶体微球,采用垂直沉积法,自组装制备了聚苯乙烯胶体晶体,通过控制样品干燥速度,使胶体微球排列更加有序,克服干燥后易碎和在水等溶剂中容易再分散等缺点,为胶体晶体的实际应用创造了条件。以聚苯乙烯胶体晶体为模板,采用电化学沉积方法制备了三维有序大孔（3-DOM）Fe-Ni合金薄膜材料。研究了Fe2+/Ni2+物质的量、镀液pH值、电流密度、镀液温度与合金镀层质量的影响,分析了各种工艺参数对Fe-Ni合金薄膜成分的影响,确定了最佳工艺条件。以XRD衍射对Fe-Ni合金薄膜的相组成进行分析。以电化学工作站研究了水溶液中Fe-Ni合金体系的阴极电沉积过程动力学,确定其电沉积反应的历程。采用金相显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜对3-DOM Fe-Ni合金薄膜的微观结构进行表征。结果表明,所制备的3DOM Fe-Ni合金薄膜呈现高度有序的三维大孔形貌,其空气孔排列为规则的密堆积面心立方结构。受PS胶体晶体模板的影响,存在四方排列和六方排列两种排列方式。通过调整沉积时间和沉积温度可以控制三维有序大孔材料的结构和孔壁厚度。多孔有序薄膜的孔径的大小由模板聚苯乙烯微粒的粒径决定,不同孔径的薄膜由于布拉格衍射呈现出不同的颜色。采用振动样品磁强计对3-DOM Fe-Ni合金薄膜的磁性能进行测试。结果表明,3-DOM Fe-Ni合金的矫顽力与其微观结构关系密切,矫顽力随其孔径的增大而减小。该材料其作为新型纳米磁性材料方面具有潜在优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 胶体晶体概述及制备方法
• 1.2.1 胶体晶体
• 1.2.2 用于制备胶体晶体的单分散颗粒
• 1.2.3 胶体晶体制备方法
• 1.2.4 胶体晶体的结构颜色
• 1.3 胶体晶体为模板的三维有序大孔材料
• 1.3.1 胶体晶体为模板制备三维有序大孔材料
• 1.3.2 胶体晶体为模板制备大孔材料的方法
• 1.4 电化学沉积3DOM Fe-Ni 合金薄膜功能材料
• 1.4.1 Fe-Ni 合金磁性材料的电沉积
• 1.4.2 电化学沉积Fe-Ni 合金薄膜材料基本理念
• 1.4.3 电化学沉积合金的分类
• 1.4.4 电化学沉积合金基本原理
• 1.4.5 电化学沉积Fe-Ni 合金薄膜的机理
• 1.4.6 3DOM Fe-Ni 合金薄膜磁性材料的应用展望
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 实验材料和测试方法
• 2.1 实验药品与仪器设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 主要实验仪器设备
• 2.2 电镀工艺
• 2.2.1 溶液配制及工艺流程
• 2.2.2 电镀实验装置
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.3.2 原子力显微镜（AFM）分析
• 2.3.3 光学性能分析
• 2.3.4 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.3.5 电化学测试
• 2.3.6 振动样品磁强计（VSM）分析
• 第3章 电化学沉积Fe-Ni 合金薄膜
• 3.1 材料制备的影响因素
• 2+离子浓度对Fe-Ni 合金薄膜的影响'>3.1.1 电解液中Fe²⁺离子浓度对Fe-Ni 合金薄膜的影响
• 2+离子浓度对Fe-Ni 合金薄膜的影响'>3.1.2 电解液Ni²⁺离子浓度对Fe-Ni 合金薄膜的影响
• k 对Fe-Ni 合金薄膜的影响'>3.1.3 电流密度D_k 对Fe-Ni 合金薄膜的影响
• 3.1.4 电解液温度对Fe-Ni 合金薄膜的影响
• 3.1.5 电解液pH 值对Fe-Ni 合金薄膜的影响
• 3.2 Fe-Ni 合金薄膜XRD 表征
• 3.3 水溶液体系的Fe-Ni 电沉积行为研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 三维有序大孔Fe-Ni 合金薄膜的制备
• 4.1 胶体晶体模板的制备
• 4.1.1 基片的处理
• 4.1.2 胶体乳液的处理
• 4.1.3 胶体晶体的组装
• 4.2 三维有序大孔Fe－Ni 合金薄膜的制备
• 4.2.1 Fe-Ni 合金电镀工艺参数
• 4.2.2 正交实验因素水平设计
• 4.2.3 聚苯乙烯模板的去除
• 4.3 PS 模板结构对Fe-Ni 合金薄膜结构的影响
• 4.3.1 不同孔径PS 模板对三维有序大孔Fe-Ni 合金形貌影响
• 4.3.2 胶晶模板结构对三维有序大孔Fe-Ni 合金形貌的影响
• 4.3.3 薄膜的缺陷对三维有序大孔Fe-Ni 合金形貌的影响
• 4.4 沉积工艺对三维有序大孔Fe-Ni 合金薄膜结构的影响
• 4.4.1 沉积时间的影响
• 4.4.2 沉积温度的影响
• 4.4.3 Fe-Ni 配比的影响
• 4.5 三维有序大孔材料的衍射现象
• 4.6 本章小结
• 第5章 3DOM Fe-Ni 合金薄膜的磁性能表征
• 5.1 3DOM 结构与磁性能的关系
• 5.1.1 3DOM Fe-Ni 合金的AFM 表征
• 5.1.2 3DOM Fe-Ni 合金的VSM 表征
• 5.2 磁性能与电化学沉积工艺的关系
• 5.2.1 矫顽力与电化学沉积时间的关系
• 5.2.2 矫顽力与电化学沉积温度的关系
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢