Электрохимическое осаждение

Композиционные многослойные структуры

Колонны Fe/Cr получены с помощью метода распыления (возможно также MBE или CVD) с последующим покрытием Co и Cu при электрохимическом осаждении

Электрохимическое

оксидирование металлов и полупроводников

Электрохимическое оксидирование

Оксидирование (oxidation) – это процесс создания оксидной плёнки на поверхности материала в результате окислительно-восстановительных реакций. По условиям проведения этого процесса различают термическое, химическое, электрохимическое и плазменное оксидирование.

Электрохимическое оксидирование (electrochemical oxidation) или электрохимическое анодирование (electrochemical anodization) – это процесс получения оксидных плёнок на поверхности металлов и полупроводников при их анодной поляризации (размещении на аноде) в кислородсодержащей жидкой среде с ионной проводимостью (электролите). Возможно формирование структур с естественным наноструктурированием.

Электрохимическое оксидирование

В англоязычной литературе существует термин «oxidation», а русскоязычной – термины «оксидирование» и «окисление». Первый относится к методам и технологии получения оксидных пленок, второй же обозначает специфические химические реакции, происходящие при присоединении к атомам исходного вещества кислорода или отнятия у них водорода.

Электрохимическое оксидирование

Электролитическая ячейка

У поверхности анода и катода в электролите устанавливается

динамическое равновесие, при котором состав фаз, образующихся на электродах, остается неизменным. На каждом электроде устанавливается

определенный равновесный электрический потенциал, величина которого зависит от свойств материала электрода и состава электролита. При приложении напряжения в цепи анод-электролит-катод протекает ток, который изменяет потенциалы электродов. Это называется поляризацией электродов и характеризуется потенциалом поляризованного электрода. Разность между потенциалом поляризованного электрода и его равновесным потенциалом называется перенапряжением.

Электрохимическое оксидирование

Для описания процесса анодирования обычно используют метод потенциодинамической поляризации анода (potential dynamics anode polarization), когда регистрируется

зависимость анодного тока Ia от потенциала поляризованного анода Va. Ее записывают с использованием электрода сравнения.

Электрохимическое оксидирование

Участок 1 поляризационной кривой отражает активное состояние анода, когда ток экспоненциально возрастает с ростом перенапряжения на аноде. Происходит растворение материала анода, которое контролируется ионизацией атомов анода. Далее, по мере увеличения перенапряжения на поверхности анода формируется и растет плёнка из продуктов реакций, которые не успевают растворяться и переходить в объем электролита. Пик поляризационной кривой соответствует максимальной скорости окисления анода, сбалансированной скоростью растворения продуктов окисления. Максимальному току соответствует так называемый Фладе-потенциал (VF), по превышении

которого скорость анодного окисления становится больше скорости растворения продуктов реакции.

Электрохимическое оксидирование

Участок 2 соответствует переходу анода из активного состояния в пассивное. На нем растущая оксидная пленка все больше препятствует проникновению ионов электролита в анод, что приводит к уменьшению анодного тока, несмотря на возрастание прилагаемого напряжения.

Электрохимическое оксидирование

Участок 3 характеризует пассивное состояние анода, при котором скорость окисления анода, значительно упавшая из-за образования на аноде слабопроводящей электрический ток оксидной пленки, снова становится равной скорости ее растворения. Последняя не зависит от падения потенциала на границе анод/электролит, а является функцией концентрации в электролите частиц, способствующих растворению продуктов окисления анода, скорости их подвода к поверхности анода и скорости отвода от нее продуктов растворения. Она определяет остаточный ток Ir, называемый также коррозионным

током. Пассивное состояние анода сохраняется в диапазоне перенапряжений от Vb до Vt.

Электрохимическое оксидирование

Участок 4 демонстрирует новое возрастание анодного тока, связанное с так называемой транспассивацией анода. Рост тока на этом участке связан со следующими возможными процессами:

-увеличение степени ионизации атомов анода и образование ими хорошо растворимых соединений;

-электрический пробой образовавшейся оксидной пленки и ускоренное анодное окисление в местах пробоя;

-возрастание электронной проводимости пленки.

Одним из основных параметров процесса анодирования является скорость роста анодной оксидной пленки. Она зависит как от свойств материала анода и состава электролита, так и от электрического режима анодной обработки, характеризуемого анодным током и анодным напряжением.