1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Электрохимия
  4. T. 59, № 9, 2023

Электрохимия, 2023, T. 59, № 9, стр. 501-509

Анализ влияния концентрационной зависимости тока обмена на электроосаждение металла в нанопорах темплата

Д. А. Бограчев a, *, **, Т. Б. Кабанова b, А. Д. Давыдов b, ***, ****

a Университет Ариеля, Факультет естественных наук, Отделение химических наук
Ариель, Израиль

b Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Москва, Россия

* E-mail: daniilb@ariel.ac.il
** E-mail: bograchev@gmail.com
*** E-mail: davydov@elchem.ac.ru
**** E-mail: alexdavydov@yandex.ru

Поступила в редакцию 10.11.2022
После доработки 09.01.2023
Принята к публикации 16.01.2023

Аннотация

Процесс электроосаждения металла в нанопорах темплата типа пористого анодного оксида алюминия в условиях смешанной кинетики реакции осаждения металла исследован теоретически с помощью аналитического и численного методов. Исследование охватывает два основных периода такого процесса: нестационарный процесс установления диффузионного слоя в порах темплата и значительно более длительный процесс заполнения пор металлом. Исследовано влияние нелинейности концентрационной зависимости плотности тока обмена реакции электроосаждения металла на изменение во времени плотности тока при формировании диффузионного слоя и заполнении пор металлом.

Ключевые слова: электроосаждение металла, пористый темплат, уравнение Батлера–Фольмера, плотность тока обмена, уравнение Коттрелла

Список литературы

  1. Whitney, T.M., Jiang, J.S., Searson, P.C., and Chien, C.L., Fabrication and magnetic properties of arrays of metallic nanowires, Science, 1993, vol. 261, p. 1316.

  2. Banerjee, S., Dan, A., and Chakravorty, D., Review synthesis of conducting nanowires, J. Mater. Sci., 2002, vol. 37, p. 4261.

  3. Li, Y., Qian, F., Xiang, J., and Lieber, C.M., Nanowire electronic and optoelectronic devices, Mater. Today, 2006, vol. 9, p. 18.

  4. Давыдов, А.Д., Волгин, В.М. Темплатное электроосаждение металлов (Обзор). Электрохимия. 2016. Т. 52. С. 905. [Davydov, A.D. and Volgin, V.M., Template electrodeposition of metals. Review, Russ. J. Electrochem., 2016, vol. 52, p. 806.]

  5. Possin, G.E., A method for forming very small diameter wires, Rev. Sci. Instrum., 1970, vol. 41, p. 772.

  6. Lee, W. and Park, S.-J., Porous anodic aluminum oxide: Anodization and templated synthesis of functional nanostructures, Chem. Rev., 2014, vol. 114, p. 7487.

  7. Proenca, M.P., Sousa, C.T., Ventura, J., Vazquez, M., and Araujo, J.P., Ni growth inside ordered arrays of alumina nanopores: enhancing the deposition rate, Electrochim. Acta, 2012, vol. 72, p. 215.

  8. Napolskii, K.S., Roslyakov, I.V., Eliseev, A.A., Petukhov, D.I., Lukashin, A.V., Chen, S.-F., Liu, C.-P., and Tsirlina, G.A., Tuning the microstructure and functional properties of metal nanowire arrays via deposition potential, Electrochim. Acta, 2011, vol. 56, p. 2378.

  9. Schwanbeck, H. and Schmidt, U., Preparation and characterization of magnetic nanostructures using filtration membranes, Electrochim. Acta, 2000, vol. 45, p. 4389.

  10. Fedorov, F.S., Dunne, P., Gebert, A., and Uhlemann, M., Influence of Cu2+ ion concentration on the uniform electrochemical growth of copper nanowires in ordered alumina template, J. Electrochem. Soc., 2015, vol. 162, p. D568.

  11. Shin, S., Kong, B.H., Kim, B.S., Kim, K.M., Cho, H.K., and Cho, H.H., Over 95% of large-scale length uniformity in template-assisted electrodeposited nanowires by subzero-temperature electrodeposition, Nanoscale Res. Lett., 2011, vol. 6, p. 467.

  12. Valizadeh, S., George, J.M., Leisner, P., and Hultman, L., Electrochemical deposition of Co nanowire arrays: quantitative consideration of concentration profiles, Electrochim. Acta, 2001, vol. 47, p. 865.

  13. Schuchert, I.U., Toimil Molares, M.E., Dobrev, D., Vetter, J., Neumann, R., and Martin, M., Electrochemical copper deposition in etched ion track membranes. Experimental results and a qualitative kinetic model, J. Electrochem. Soc., 2003, vol. 150, p. C189.

  14. Philippe, L., Kacem, N., and Michler, J., Electrochemical deposition of metals inside high aspect ratio nanoelectrode array: analytical current expression and multidimensional kinetic model for cobalt nanostructure synthesis, J. Phys. Chem. C, 2007, vol. 111, p. 5229.

  15. Lopes, M.C., de Oliveira, C.P., and Pereira, E.C., Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires, Electrochim. Acta, 2008, vol. 53, p. 4359.

  16. Bograchev, D.A., Volgin, V.M., and Davydov, A.D., Simple model of mass transfer in template synthesis of metal ordered nanowire arrays, Electrochim. Acta, 2013, vol. 96, p. 1.

  17. Bograchev, D.A., Volgin, V.M., and Davydov, A.D., Simulation of inhomogeneous pores filling in template electrodeposition of ordered metal nanowire arrays, Electrochim. Acta, 2013, vol. 112, p. 279.

  18. Бограчев, Д.А., Волгин, В.М., Давыдов, А.Д. Моделирование электроосаждения металла в порах анодного оксида алюминия. Электрохимия. 2015. Т. 51. С. 907. [Bograchev, D.A., Volgin, V.M., and Davydov, A.D., Modeling of metal electrodeposition in the pores of anodic aluminum oxide, Russ. J. Electrochem., 2015, vol. 51, p. 799.]

  19. Bograchev, D.A. and Davydov, A.D., Effect of applied temperature gradient on instability of template-assisted metal electrodeposition, Electrochim. Acta, 2019, vol. 296, p. 1049.

  20. Shin, S., Al-Housseiny, T.T., Kim, B.S., Cho, H.H., and Stone, H.A., The race of nanowires: morphological instabilities and a control strategy, Nano Lett., 2014, vol. 14, p. 4395.

  21. Konishi, Y., Motoyama, M., Matsushima, H., Fukunaka, Y., Ishii, R., and Ito, Y., Electrodeposition of Cu nanowire arrays with a template, J. Electroanal. Chem., 2003, vol. 559, p. 149.

  22. Blanco, S., Vargas, R., Mostany, J., Borrás, C., and Scharifker, B.R., Modeling the growth of nanowire arrays in porous membrane templates, J. Electrochem. Soc., 2014, vol. 161, p. E3341.

  23. Bograchev, D.A. and Davydov, A.D., The role of common outer diffusion layer in the metal electrodeposition into template nanopores, Electrochim. Acta, 2021, vol. 367, p. 137405.

  24. Bograchev, D.A., Volgin, V.M., and Davydov, A.D., Mass transfer during metal electrodeposition into the pores of anodic aluminum oxide from a binary electrolyte under the potentiostatic and galvanostatic conditions, Electrochim. Acta, 2016, vol. 207, p. 247.

  25. Bograchev, D.A. and Davydov, A.D., The shape of end-face surface of a wire growing in a template nanopore, J. Electroanal. Chem., 2021, vol. 900, p. 115709.

  26. Newman, J. and Thomas-Alyea, K.E., Electrochemical Systems, 2004.

  27. Shampine, L.F., Solving 0 = F(t,y(t),y′(t)) in matlab, J. Numer. Math., 2002, vol. 10, p. 291.

  28. Gileadi, E., Kirowa-Eisner, E., and Penciner, J., Interfacial Electrochemistry: An Experimental Approach, New York: Addison-Wesley, Advanced Book Program, 1975.

  29. Skeel, R.D. and Berzins, M., A method for the spatial discretization of parabolic equations in one space variable, SIAM J. Sci. Stat. Comput., 1990, vol. 11, p. 1.

  30. Bograchev, D., Influence of diffusion through a porous film under electrode surface in chronoamperometry problems, Defect Diffus. Forum, Trans. Tech. Publ., 2021, vol. 413, p. 84.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Электрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал