Метод электрохимического формирования пленочных слоев из ультрадисперсного графита
В недавно представленных обзорах [83, 88] по перспективам развития источников электрической энергии (СК АБ) обоснованно сделан акцент на использование углеродных материалов в токоотводах в виде сот из композита «свинец + углерод».
Распространенность СК АБ продиктована их невысокой стоимостью, простотой изготовления и большим потенциалом для дальнейшего усовершенствования даже в высоко конкурентных условиях, в частности, с Li-ion источниками [11 - 13]. На этом фоне не исключается создание новых источников тока, строящихся на принципиально новых физико-химических явлениях. Характерно, что в этом случае традиционные методы построения химических источников энергии успешно замещаются элементами, строящимися е использованием элионных технологий [206], интеркалирования металлов в графит [207 - 210].Рассмотрим одну из многочисленных реализаций интеркалирования меди в углеродные структуры, достигаемой методом электрохимического осаждения на поверхности меди, которая была предложена в работе [211], развита в [212] и проанализирована в [213].
Медные образцы для нанесения наноструктурированного углерода были либо цилиндрической формы с диаметром 10 мм и длиной 100 мм, либо в форме параллелепипеда с размерами 6?30?70 мм. Изготавливались они из электротехнической катодной меди марки МООК с чистотой 99.99649 производства АО «Уралэлектромедь» (г. Верхняя Пышма»). Поверхности образцов последовательно подвергались механической полировке (до 12 класса), отжигались в вакууме для снятия упругих напряжений. Непосредственно перед применением с целью удаления оксидной пленки образцы обрабатывались 1%-м раствором соляной кислоты.
Ультрадисперсные порошки создавались из обеззоленного натурального графита с чистотой до 99.8 % в НИИ графита (г. Москва) последовательным вибропомолом, обработкой в смеси концентрированных азотной и серной кислот и отмывкой дистиллированной водой.
В результате такой пробоподго- товки из ультрадисперсного графита в полярных растворителях со стабилизирующими добавками готовились коллоидные растворы. Частицы характеризовались удельной поверхностью до 1700 м2/г (для сравнения ее величина для УНМ «Таунит» составляла только 270 м2/г). В исходном состоянии ультрадис- персный порошок после добавления этилового спирта становился пастообразной массой, которая использовалась в изготовлении устойчивых и стабильных тонкопленочных покрытий (с толщинами до 25 мкм и удельным электрическим сопротивлением от 100 до 2000 ? 10-6 Ом-м). В наших условиях на основе пасты и 96.65 % этилового спирта высшей степени очистки в емкости из кварца готовился раствор. В нем размещались электрод из графита (4) и подготовленный медный образец (2), как видно из рисунка 4.1, а. Катодом служил графитовый электрод в форме, повторяющей конфигурацию медного анода. На рисунке 4.1, а показан вид сверху медного пластинчатого образца. Взаимное расположение электродов должно было создавать максимально однородное электростатическое поле (Е) для образца цилиндрической формы и, по крайней мере, на плоских поверхностях пластинчатого образца. Между электродами располагался графитовый сепаратор (3) с отверстиями (1) двух диаметров (0.3 и 3 мм) в максимально большом количестве. Полные площади всех отверстий обоих размеров были равны. Отверстия малых размеров служили для подвода графитовых частиц из коллоидной системы к поверхности медного электрода и препятствовали проникновению к ним крупных частиц. Отверстия крупных размеров обеспечивали его циркуляцию. Следует отметить, что в опытах без сетки формирования графитовых покрытий не происходило.Величина постоянного напряжения приводила к поляризации (6) и движению (7) ультрадисперсных частиц графита вдоль электрического поля Е
(рисунок 4.1, б). Представленная геометрия поля между катодом и анодом задавала перпендикулярную ориентацию осаждаемых чешуек графена на поверхности анода.
Таким образом формировалась пленка из ультрадисперсного графита разной толщины (5). Это достигалось, в том числе, за счет кристаллографической анизотропии проводимости (раздел 3.4.2) характерной для графита [80]. Аналогичное наноструктурирование графита, углеродных нанотрубок и графена наблюдалось в плазме тлеющего разряда [214, 215], а также в аналогичных условиях из коллоидной системы с углеродными нанотрубками, когда на поверхностях катода формировался нанокомпозит типа «УНТ - медь» [216] или «графен-медь» [217, 218].
а б
Рисунок 4.1 - Схематичное изображение конструкции ячейки для электрохимического формирования на меди наноструктурированных слоев из раствора графита.
Формирование пленочного слоя контролировалось по измерениям тока в цепи при заданном напряжении от стабилизированного источника питания (с величиной от нескольких вольт до 100 В) и продолжительности процесса (от 30 минут до нескольких часов). Так толщина пленки при содержании графита в коллоидной системе ≈ 1.5 % и напряжении 50 В за 8 часов достигала 500 мкм. Установлено, что толщина пленочных слоев зависела от времени оса
ждения, концентрации коллоидной системы графита и величины приложенногоэлектрического напряжения. Для достижения наибольшей сплошности и однородности поддерживались неизменными ток в цепи и содержание графита в растворе. Уменьшение тока было пропорционально понижению содержания графита в растворе и вызывалось его расходом на формирование пленочной структуры. По изменениям тока снижение содержания графита контролировалось и могло компенсироваться.
4.2
Еще по теме Метод электрохимического формирования пленочных слоев из ультрадисперсного графита:
- Характеристика пленочного слоя «наноструктурированный ультра- дисперсный графит / медь»
- 4.3 Модель формирования электрического потенциала в системе «медь - графит»
- Электрохимические явления
- В процессе формирования (в активной массе)
- Сборка и формирование аккумуляторных батарей
- Формирование состава и структуры в свинцово-кислотном источнике тока
- 4. Принципы гражданского права: понятие, основания формирования, значение,ограничения в действии.
- Формирование представлений о личностных и профессионально важных качествах идеального школьного учителя в 1900-1920 гг.
- Метод решения
- Методы исследования коммуникативной эффективности медианоминации
- 8.1. Понятие административно-правовых методов
- 8.2. Виды административно-правовых методов