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整平作用与整平剂:整平作用的机理

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-27  浏览次数:2185

整平作用的机理

添加剂的整平作用早在20世纪40年代已被许多实验事实所证明,但整平剂的作用机理直至70年代才开始明朗。l972年Schulz Hardcr提出了表面催化控制论,1974年0.Kardos在他的系列文章中系统阐述了整平作用的扩散一(抑制)一消耗论(简称扩散理论或扩散控制抑制理论),成为迄今唯一能被多数人公认的理论。

扩散理论的基本论点如下。

①整平作用只有在金属沉积受电化学极化控制时才出现。

②只有可在电极上吸附并对电沉积过程具抑制作用的添加剂才有整平作用。

③吸附在表面上的整平剂分子在电沉积过程中是不断消耗的,其消耗速度比整平剂从溶液本体向电极表面的扩散快,即整平剂的整平作用(1evelling effect)是受扩散控制的。

Kardos认为:在微观凹凸的表面上,由于谷上的有效扩散层厚度δr大于峰上的δp(见图3-1),因此整平剂扩散进入微观谷上的扩散速度小于进入峰处的速度,这样峰上整平剂的浓度会大于谷上的浓度,结果整平剂对峰上沉积反应的抑制作用就大于对谷上的抑制作用,即谷上的沉积速度会大于峰上的沉积速度,这就达到了整平的效果。

当整平剂的浓度太低时,在峰、谷上没有整平剂或其浓度太低而不显抑制作用,也就不显整平作用,当整平剂浓度过高时,峰、谷同时受到严重抑制,同样也不显整平效果,只有浓度适当时才显整平效果。

 

图3-4不同的电流密度下微观凹陷上沉积镀层厚度比hr/hp。随香豆素浓度的变化

如图3-4所示是Watts镀镍液(50℃,pH=4,机械搅拌)在60μm深、夹角为900的V形沟沉积6μm厚(在平坦表面上)得到的在不同电流密度(1~6A/dm2)下的厚度比hr/hp,随香豆素浓度的变化曲线。由图可见,在不同的电流密度下都对应地存在着一个整平剂的极大值,这些极大值中又以2A/dm2时之值最高,极大值所对应的香豆素浓度有随电流密度降低而下降的趋势。

除了整平剂具有扩散抑制的作用外,金属的电沉积还必须受电化学极化控制,这时才能显示正整平作用。若金属电沉积也受扩散控制,情况就比较复杂,因为金属电沉积的扩散控制会使Ir/Ip<1,而整平剂的抑制作用则使Ir/Ip>1,彼此正好起相反的作用,只有后者起主导作用时镀液才具有整平作用。

用旋转圆盘电极测量整平剂的消耗速度,电极的极化以及微分电容所得的实验结果均与Kardos的理论一致。近年来对整平剂阴极还原条件及产物的研究,进一步证明整平剂在阴极上的消耗是由于整平剂在阴极上被还原和在镀层中混杂的结果,这也证明Kar- dos理论的正确性。

参 考 文 献

1 Kardos 0.Platin9,1974,61:129,229,316

2 Rogers GT,et al.Tras Inst Metal Finishin9,1965,43:75

3 Krugl S S,et al.Electrochim Acta,1967,12:1263

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