<<
>>

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

<< | >>
Источник: Харсеев Виктор Алексеевич. ВЛИЯНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Курск - 2019. 2019

Еще по теме Метод электрохимического формирования пленочных слоев из уль­традисперсного графита:

  1. Характеристика пленочного слоя «наноструктурированный ультра- дисперсный графит / медь»
  2. 4.3 Модель формирования электрического потенциала в системе «медь - графит»
  3. Электрохимические явления
  4. В процессе формирования (в активной массе)
  5. Сборка и формирование аккумуляторных батарей
  6. Формирование состава и структуры в свинцово-кислотном источнике тока
  7. 4. Принципы гражданского права: понятие, основания формирования, значение,ограничения в действии.
  8. Формирование представлений о личностных и профессионально важных качествах идеального школьного учителя в 1900-1920 гг.
  9. Метод решения
  10. Методы исследования коммуникативной эффективности медианоминации
  11. 8.1. Понятие административно-правовых методов
  12. 8.2. Виды административно-правовых методов