光助陽極電沉積制備納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜的研究.pdf

1、我國是世界上稀土資源蘊(yùn)藏量和產(chǎn)量最大的國家。CeO2是常見的半導(dǎo)體氧化物，具備獨(dú)特的螢石型晶體結(jié)構(gòu)，是稀土氧化物中活性較高、廉價(jià)、用途極廣的材料之一。納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜不僅具備納米材料獨(dú)特的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子軌道等效應(yīng)，還具備獨(dú)特的光、電、聲、磁、熱等效應(yīng)，較高的機(jī)械強(qiáng)度以及良好的儲放氧性能。納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜被認(rèn)為是新材料、新磁源、新光源、新能源的新希望，它的制備及相關(guān)性能研究日益得到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)

2、注。
　　 CeO2薄膜的電沉積技術(shù)可分為陰極電沉積和陽極電沉積兩種，目前，國內(nèi)外主要對CeO2薄膜的陰極電沉積工藝和機(jī)理等進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。CeO2薄膜的陽極電沉積技術(shù)相對于其陰極電沉積技術(shù)具有諸多優(yōu)良特性:首先，陽極電沉積制備的CeOx薄膜中的x值更接近于2、薄膜純度高;而陰極電沉積所獲得的CeO2薄膜是Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)氧化態(tài)的混合氧化物。其次，陽極電沉積獲得的CeO2薄膜一般具有明顯的晶體擇優(yōu)取向生長現(xiàn)象，表面均勻

3、致密，與基體結(jié)合良好;而陰極電沉積獲得的CeO2薄膜則一般表現(xiàn)為晶體隨機(jī)取向生長現(xiàn)象，表面呈松散的粉末狀態(tài)或存在高度龜裂現(xiàn)象，與基體結(jié)合力差。
　　 CeO2為半導(dǎo)體材料，其較低的導(dǎo)電性導(dǎo)致薄膜鍍層較薄;然而，CeO2經(jīng)一定波長的紫外光照射后，其微晶價(jià)帶中產(chǎn)生的空穴(h+)可將界面上的Ce3+氧化成CeO2，可實(shí)現(xiàn)CeO2薄膜的連續(xù)生長，故可在光照條件下制得厚度及晶粒大小均較暗態(tài)條件下優(yōu)良的CeO2薄膜。遺憾的是，目前國內(nèi)外少見

4、CeO2薄膜的光助陽極電沉積研究報(bào)道。
　　 本論文在對國內(nèi)外納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜的制備工藝及機(jī)理研究現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用恒電流光助陽極電沉積技術(shù)在316不銹鋼電極表面制備了CeO2薄膜，在含Ce3+離子的體系中初步探討了添加劑NaNO3和溶劑中空穴捕獲劑CH3CH2OH所占百分比對電沉積CeO2薄膜的影響。主要開展了以下四個(gè)方面的研究:
　　 (1)采用單因素法探討了光助陽極電沉積中的電流密度、鍍液溫度和沉積時(shí)間等工

5、藝參數(shù)對陽極電沉積CeO2薄膜耐蝕性能的影響規(guī)律，獲得了一套穩(wěn)定可靠的電沉積制備優(yōu)化工藝。結(jié)果表明，當(dāng)沉積電流密度為1.0 mA/cm2，沉積時(shí)間為3h，沉積溫度為50℃時(shí)制備的CeO2薄膜耐蝕性能最優(yōu)。
　　 (2)采用在鍍液中添加導(dǎo)電鹽(NaNO3)的方法，初步探討了NaNO3對CeO2薄膜性能的影響。結(jié)果表明，鍍液中NaNO3的添加有助于提高CeO2薄膜的致密性、耐腐蝕性和厚度。
　　 (3)采用X-射線多晶衍射儀

6、（XRD）、能譜儀(EDS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)以及橢圓偏振光譜儀等手段探討了沉積電流密度、溫度、時(shí)間和鍍液中添加劑NaNO3對CeO2薄膜組成、結(jié)構(gòu)、耐蝕性能和厚度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，所獲得的CeO2薄膜具有納米晶結(jié)構(gòu)，薄膜晶粒平均直徑約為5-10 nm，薄膜厚度約為26-100 nm;薄膜的耐蝕性均隨著沉積電流密度、鍍液溫度和沉積時(shí)間的增加而遵循先增后降的規(guī)律，溫度可顯著提高納米晶CeO2薄膜的沉積速