电沉积过程中纳米粒子温度变化规律研究.pdf

第33卷第2期 西南师范大学学报(自然科学版) 2008年4月 V01．33No．2 ofSouthwestChinaNormal Science Journal University(NaturalEdition)Apr．2008 文章编号：lOOO一547112008)02—0014一05 电沉积过程中纳米粒子温度变化规律研究 郑瑞伦， 张翠玲 西南大学物理科学与技术学院，重庆400715，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院。重庆400067 摘要：建立了考虑到热交换和质量交换情况下，电沉积过程中纳米粒子热力学函数满足的方程．探讨了电镀生长、 动力学生长和扩散生长这3种生长机制情况下，粒子温度随粒子线度的变化规律．结果表明：小岛生长开始时。小 岛温度随粒径增大而急剧升高；当小岛半径增大到开初的1．05倍时，温度缓慢降低I其中动力学生长降温最慢，而 电镀生长降温最快．增大电流密度和电解液浓度不会改变小岛温度随粒径的变化情况，但会使温度有所升高． 关键词：电沉积；纳米粒子}温度，线度，热交换 中图分类号：0414 文献标识码：A 电沉积制备纳米晶金属等纳米材料，因其可在大面积或复杂形状的零件上获得好的外延生长且可在常 温常压下操作等优点而广泛应用．已有许多文献对制备工艺、所制纳米材料性能进行了研究[1q]，而对晶核 形成、生长过程中粒子的热量和质量交换特性、温度变化规雒研究甚少．文献[8，9]用实验制备了纳米晶， 并对形状、结构等进行研究，文献E10]从晶核生长动力学角度探讨了晶粒线度与电沉积时间的关系，但这 些研究未考虑纳米粒子的热量和质量交换，未研究粒子温度变化规律．本文将应用能量守恒和熵增加原理 对这个问题进行定量探讨． 电解液 l 模型和满足的方程 用电沉积在平面基底上沉积半径R的球冠形小岛，小岛与 基片接触角口，基片和小岛周围充满电解液(图1)．在小岛生长 过程中，电解液、小岛以及基底之间发生热交换，电解液与小岛 之间发生质量交换．这种交换过程随时间而变，与小岛、电解 液、基片的性质、温度和口有关．小岛与基底和电解液的接触面 积分别为S。l，b，Sd，小岛体积y，S柚=水2(1一COS2口)，Sej= 图1 电沉积生长小岛示意图 2尔2(1+cos0)，V=÷r,R3(2+3cos8一COS3口)． 比，则有 c。s口一ICOS9 (1) ，Iub一1--cos20^I=丢(1+c。s口)^=虿1十百3 在电沉积小岛长大的过程中有如下热交换过程． 收稿日期；2007一03—20 基金项目{教育部工程研究中心重大项目． 作者简介·郑瑞伦(1944一)，男，四川兴文人，教授，主要从事凝聚态物理的研究． 万方数据 第2期 郑瑞伦，等：电沉积过程中纳米粒子温度变化规律研究 15 1)电沉积结晶化过程中，单位时I司传给小岛的热量为 ㈣ d￡ d￡ 訾=c詈警“ 其中：C为小岛的摩尔焓，P和∥分别为小岛的质量密度、摩尔质量，y为体积． 2)单位时间由小岛通过接触面向基底和电鹪液放出的热量为 警一(蚴scl+‰bs“)(T—To) (3) 和基底的热交换系数．