乙酰胺-尿素-NaBr熔体中Nd-Co合金的电化学制备

乙酰胺-尿素-NaBr熔体中Nd-Co合金的电化学制备（精选3篇）

篇1：乙酰胺-尿素-NaBr熔体中Nd-Co合金的电化学制备

乙酰胺-尿素-NaBr熔体中Nd-Co合金的电化学制备

在353 K的乙酰胺-尿素-NaBr熔体中,Co(Ⅱ)一步不可逆还原为金属Co,Nd(Ⅲ)不能单独还原为Nd,但可以被Co(Ⅱ)诱导而共沉积.由恒电位电解法得到非晶态的Nd-Co合金,Nd的.含量随阴极电位的负移、Nd(Ⅲ)/Co(Ⅱ)摩尔比增大及电解时间延长而增大.

作 者：王金贵 王建朝 陈必清 郭承育 WANG Jin-gui WANG Jian-chao CHEN Bi-qing GUO Cheng-yu 作者单位：青海师范大学,化学系,青海,西宁,810008刊 名：西北师范大学学报(自然科学版) ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF NORTHWEST NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)年，卷(期)：43(6)分类号：O641.4关键词：乙酰胺-尿素-NaBr熔体 电还原 诱导共沉积 Nd-Co合金膜 稀土

篇2：乙酰胺-尿素-NaBr熔体中Nd-Co合金的电化学制备

乙酰胺-尿素-NaBr熔体中Eu-Co合金的电化学制备

利用循环伏安法, 研究证明在80 ℃的乙酰胺-尿素-NaBr熔体中, Co(Ⅱ)还原为金属Co是不可逆过程, Eu(Ⅲ)不能单独还原为Eu, 但可以被Co(Ⅱ)诱导而共沉积. 由恒电位电解法得到非晶态的Eu-Co合金, Eu的含量随阴极电位的.负移, Eu(Ⅲ)/Co(Ⅱ)摩尔比增大及电解时间延长而增大.

作 者：王金贵 王建朝 文丕娟 Wang Jingui Wang Jianchao Wen Pijuan 作者单位：青海师范大学化学系,青海,西宁,810008刊 名：中国稀土学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF THE CHINESE RARE EARTH SOCIETY年，卷(期)：200725(5)分类号：O641.4关键词：乙酰胺-尿素-NaBr熔体 电还原 诱导共沉积 Eu-Co合金膜 稀土

篇3：乙酰胺-尿素-NaBr熔体中Nd-Co合金的电化学制备

稀土-铁系金属合金薄膜材料具有优异的磁、光、电等特殊性能,广泛应用于各种功能材料[1]。Sm-Co合金薄膜因具有高饱和磁化强度、高居里温度和明显的各向异性等优异的磁性能,在微机电系统等方面得到了广泛应用[2],备受国内外学者的关注。

目前,人们主要采用磁控溅射、真空蒸镀、分子束外延技术、非水溶液中电沉积等方法来获得性能优异的稀土合金薄膜材料。这些技术方法对制备条件要求较高且存在环保与安全等方面的问题。而水溶液中电化学沉积具有成本低、设备简单、操作方便,易于通过调节实验工艺参数来控制薄膜镀层的厚度、组分、形貌、微结构及材料性能等优点[3]。故国内外诸多学者致力于从水溶液体系中电化学沉积制备稀土合金的机理和工艺条件的研究[4,5]。然而,目前从水溶液体系中电化学沉积制备高性能的稀土合金材料依然面临很大困难,原因在于:(1)稀土元素的还原电位与氢相比很负,在稀土离子还原时会伴随严重的析氢反应;(2)稀土元素极强的电负性引起的水解反应会导致溶液浑浊,电沉积无法顺利进行。然而,由于稀土元素存在原子结构上的特殊性,易于与某些无机物或有机物形成配位数不同的络合物,所以添加适宜的络合剂和选择恰当的工艺条件[6,7,8]是实现在水溶液中电化学沉积制备Sm-Co等稀土合金膜材料的一种重要技术手段。

本实验在以甘氨酸为络合剂的水溶液中,采用恒电位方式在Si基片上电化学制备出高Sm含量的Sm-Co合金膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分别对Sm-Co合金膜的外观形貌、化学成分及物相组分进行了相应的分析和表征,并分别讨论了沉积电位和热处理对薄膜外观形貌和物相组分的影响。

1 实验

1.1 基体的制备

Cu(缓冲层)/Si(基片)的制备:分别用丙酮、蒸馏水、无水乙醇对Si基片超声清洗10min,并吹干。利用直流磁控溅射法在处理过的Si基片上溅射镀Cu。采用纯度为99.99%的Cu靶材,厚度由溅射时间来控制。在以高纯氩气为溅射气体、本底真空度为1×10-3Pa、溅射功率为100W、溅射时间为8min的条件下,获得厚度约为500nm的Cu缓冲层。

1.2 Sm-Co合金膜的制备

实验所用试剂均为分析纯,用二次去离子水配制电解液,其组分见表1。电沉积实验采用简单的三电极电解池体系,以Cu(缓冲层)/Si(基片)为工作电极,高纯Pt片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,本实验中所述的电位均是相对于SCE的电位。

选择型号为CHI660C的电化学工作站,室温下在非搅拌的电解液中采用恒电位方式电沉积制备Sm-Co合金膜。电沉积前分别用丙酮、蒸馏水、无水乙醇对Cu(缓冲层)/Si(基片)超声清洗去除其表面的污渍,而后用稀硫酸活化60s去除其表面氧化皮层等,取出并用去离子水冲洗后即刻进行电沉积实验。将制备的Sm-Co合金膜置于真空石英管的管式炉中,在700℃氩气保护下恒温退火2h,自然冷却至室温后取出。实验结束后,收集试样并进行相应的表征与分析。

1.3 分析及表征方法

采用X射线衍射仪(XRD)对基片及退火前后的Sm-Co合金膜进行物相组分分析,并采用日本Hitachi S-4800型场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及其附带的X射线能谱仪(EDS)分别对合金膜外观形貌及微区化学成分进行相应的表征与分析。

2 结果与讨论

2.1 镀层形貌表征

图1是采用恒电位电沉积方式所获得的Sm-Co合金膜的SEM图。镀液组成及沉积工艺条件为:氨基磺酸钐0.3mol/L,硫酸钴0.1mol/L,甘氨酸0.3mol/L,硼酸0.5mol/L,镀液pH=2.5,温度T=20℃,沉积电位E=-1.8V,电流密度约为30mA/cm2。

图1(a)为沉积时间为120s时所得Sm-Co膜的SEM图,可以看出Sm-Co膜表面色泽均匀,呈银灰色富有金属光泽但出现裂纹及少许针孔。此外,实验中还发现,随着薄膜镀层中Sm含量的增加,薄膜表面色泽渐渐加深变黑,裂纹及针孔增多,附着力变差。图1(b)是图1(a)在高倍率下的SEM图。由图1(b)可知,薄膜表面结构致密、均一,结合力好。

2.2 镀层化学成分分析

图2为制备态Sm-Co合金薄膜微区的EDS图谱,表2为其化学成分的定量分析结果。由图2可知,除了存在Co和Sm的衍射峰之外,还出现了Cu和O的衍射峰,说明在添加合适络合剂(甘氨酸)的水溶液中,目标离子Sm3+在诱导因子Co2+的诱导作用下实现了共沉积[9,10]。其中Cu是来自基体的峰;而O的来源可能有2种:(1)随着电极反应的进行,Sm3+因水解反应生成的Sm(OH)3覆盖在基体表面;(2)合金膜中的Sm很容易在空气中氧化。

从表2中的数据可知,Sm-Co合金膜中Sm的质量分数为26.80%(m(Sm)/m(Sm+Co)),Co与Sm的原子数之比约为7∶1。

2.3 镀层物相组分分析

采用X射线衍射仪对试样进行相应的表征分析,如图3所示。图3(a)、(b)、(c)分别为Cu/Si、制备态及退火态Sm-Co合金膜的X射线衍射图谱。从图3(a)和图3(b)中明显看出两种试样的特征衍射峰完全吻合,只出现了Si(400)及Cu立方晶相(111)、(200)、(220)晶面4个特征衍射峰,没有出现别的特征衍射峰,表明制备态Sm-Co合金膜为非晶态。从图3(c)中可知,在700℃氩气保护条件下恒温退火2h后,Sm-Co合金膜由非晶态转变为多晶态。除了基体(Cu/Si)的特征衍射峰外,退火态Sm-Co合金膜中同时存在Sm2Co7、Sm2Co17及微弱的Co等晶相,并以Sm-Co合金晶相为主。

2.4 沉积电位对镀层形貌的影响

图4是在沉积电位分别为-1.5V、-1.6V、-1.8V时所得合金膜的SEM图。从图4可见,当沉积电位为-1.5V时,膜表面平整致密,出现些许球形颗粒。随着沉积电位的负移,膜表面出现了裂纹和少许针孔(如图4(c)所示)。其原因可能是,随着沉积电位的负移,工作电极表面析氢加剧导致应力不均所致。

3 结论

(1)在以甘氨酸为络合剂的水溶液中,采用恒电位法在基体(Cu/Si)上电沉积制备出质量较高的Sm-Co合金膜,合金膜呈银灰色,结构致密、均一,孔隙率低,结合力好。EDS分析表明,当电位为-1.8V时,Co与Sm的原子比约为7∶1,Sm的相对含量达26.80%(质量分数)。

(2)XRD分析结果表明,制备态Sm-Co合金膜为非晶态,在700℃高纯氩气保护下恒温退火2h后,Sm-Co合金膜演变为多晶态结构,出现了Sm2Co7、Sm2Co17、Co等晶相。

(3)一定范围内随着沉积电位的负移,Sm的含量相应增加,但因析氢反应加剧引起的裂纹及针孔等瑕疵也变得明显。

参考文献

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[9] Mishra R,Podlaha E J.Coupled partial current density be-havior of cobalt-terbium alloy codeposition[J].J Electro-chem Soc,2006,153(6):C422