電沉積超聲波電沉積

所謂超聲波是指頻率范圍在20kHz～100kHz的機械波，波速一般約為1500 mPs 。超聲波的波長(10cm～0. 01cm) 遠大于分子尺寸，超聲波本身不能直接對分子起作用，而是通過周圍環(huán)境的物理作用轉(zhuǎn)而影響分子，所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。利用超聲波能夠加速和控制化學反應(yīng)，提高反應(yīng)率，改變反應(yīng)途徑，改善反應(yīng)條件以及引發(fā)新的化學反應(yīng)。

超聲場對電沉積晶材料的作用可歸功于超聲空化。液相中制備納米粒子必須保證在成核期生成大量的晶核，在晶核生長期控制晶核的長大。超聲的空化效應(yīng)對這兩個過程都起到了很大的促進作用。在成核期，臨界晶核的形成需要一定能量，即成核能，成核能可借助于體系內(nèi)部的能量起伏來獲得。

在超聲場作用下，局部的高能量加大了單位體積的能量起伏，使成核能大大增加，從而使體系的亞晶核容易達到所需要的成核能，成核幾率增大，瞬間可生成大量的晶核。在晶核的生長期，超聲空化可有效控制晶核的長大。超聲場下空化泡表面可作徑向均勻的非線性振動，它能向反應(yīng)液輻射次級均勻的球面波。當氣泡移動到微粒的表面上，這種球面波就會在該微粒的表面上引起反應(yīng)液的顯微渦動，可實現(xiàn)介質(zhì)均勻混合，消除電解液的局部濃度不均，從而控制晶核長大。超聲波電沉積中的超聲振動及產(chǎn)生的射流能使沉積在陰極表面的金屬迅速脫離陰極表面，并隨溶液的流動分散到整個溶液中，防止微粒的長大 。

電刷鍍的主要特點是鍍液濃度高、陰陽極間距小，并可相對運動，可允許使用較高的電流密度，進而優(yōu)化了結(jié)晶過程，限制了生成粗晶和粒狀結(jié)晶的可能，細化了結(jié)晶，因而鍍層結(jié)晶細密，孔隙少，耐蝕性十分優(yōu)異。電刷鍍復(fù)合電沉積原理與復(fù)合鍍的沉積機理基本相同，但在工藝上采用電刷鍍技術(shù)，而鍍液中主鹽濃度較高。

電刷鍍納米復(fù)合鍍層雖然在工程領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，徐濱士等人曾對電刷鍍納米微粒復(fù)合鍍層的組織及沉積過程進行了研究，在快速鍍鎳液中加入粒徑為30nm 的Al?O?納米微粒，得到納米微粒均勻分布的復(fù)合鍍層，且指出納米復(fù)合鍍層的生長過程與純鎳鍍層相似，可分為三個階段:均勻生長階段、微凸體形成階段和樹枝狀晶形成階段。

將脈沖技術(shù)用于納米電刷鍍Ni?SiO?復(fù)合鍍層。與直流電鍍相比，只要選擇適宜的脈沖參數(shù)，就能進一步提高納米復(fù)合鍍層的性能，使鍍層表面更光亮，晶粒更細，更均勻、致密、孔隙更小，同時還提高了強度和耐蝕性。

納米復(fù)合電沉積技術(shù)是將納米微粒嵌鑲于金屬鍍層中，使納米微粒與金屬離子共沉積的過程。將納米微粒獨特的物理及化學性能賦予金屬鍍層，使其具備很多優(yōu)異性能，如硬度、耐磨性、耐蝕性和潤濕性等。可以預(yù)言，納米復(fù)合鍍技術(shù)必將得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。

納米復(fù)合鍍層與普通鍍層相比，具有以下特點:

(1) 由納米微粒與基質(zhì)金屬組成的復(fù)合鍍層，具有多相結(jié)構(gòu)，并具有兩者的優(yōu)點，使鍍層性能發(fā)生巨變。

(2) 納米微粒與基質(zhì)金屬共沉積過程中，納米微粒的存在將影響電結(jié)晶過程，使基質(zhì)金屬的晶粒大為細化，基質(zhì)金屬的晶粒成為納米晶。

(3) 納米復(fù)合鍍層的納米微粒質(zhì)量分數(shù)通常都在10%以內(nèi)。

影響納米復(fù)合鍍層的因素主要有微粒表面的有效電流密度、納米微粒的尺寸和形狀、電流密度、攪拌強度、鍍液類型、添加劑、工藝參數(shù)、極化度等。另外，納米微粒的表面狀態(tài)對沉積層的性能也有很大的影響，添加適量的添加劑可以改善微粒的潤濕性和表面電荷的極性，使納米微粒有利于向陰極遷移、傳遞和容易被陰極表面俘獲。納米微粒與金屬離子共沉積的機理，都采用復(fù)合電鍍的機理來描述，實際上復(fù)合電鍍的機理至今還不十分清楚，因此，用它來解釋納米復(fù)合鍍的機理是牽強附會的。為了便于理解，通常將納米復(fù)合電沉積過程大致分為3個步驟:

(1) 懸浮于鍍液中的納米微粒，由鍍液深處向陰極表面輸送，其主要動力是攪拌形成的動力場；

(2) 納米微粒粘附于陰極表面，其動力學因素比較復(fù)雜，與微粒、電極基金屬、鍍液、添加劑和工藝條件等因素有關(guān)；

(3) 納米微粒被陰極上析出的基質(zhì)金屬牢固嵌鑲在一起 。

噴射電沉積是一種局部高速電沉積技術(shù)，由于其特殊的流體動力學特性，兼有高的熱量和物質(zhì)傳遞速率，尤其是高的沉積速率而引人注目。電沉積時，一定流量和壓力的電解液從陽極噴嘴垂直噴射到陰極表面，使得電沉積反應(yīng)在噴射流與陰極表面沖擊的區(qū)域發(fā)生。電解液的沖擊不僅對鍍層進行了機械活化，同時還有效地減少了擴散層的厚度，改善了電沉積過程，使鍍層組織致密，晶粒細化，性能提高。

噴射電沉積法能有效地提高電沉積極限擴散電流密度和沉積速率，并能有效提高鍍層的硬度等，將脈沖技術(shù)引入噴射電沉積中，利用脈沖噴射電沉積，可以比較容易地得到納米晶材料。已經(jīng)有人利用噴射脈沖技術(shù)制備出納米鎳層 。

脈沖電沉積過程中，除可以選擇不同的電流波形外，還有三個獨立的參數(shù)可調(diào)， 即脈沖電流密度、脈沖導(dǎo)通時間和脈沖關(guān)斷時間。

采用脈沖電沉積時，當給一個脈沖電流后，陰極-溶液界面處消耗的沉積離子可在脈沖間隔內(nèi)得到補充，因而可采用較高的峰值電流密度，得到的晶粒尺寸比直流電沉積的小。此外，采用脈沖電流時由于脈沖間隔的存在，使增長的晶體受到阻礙，減少了外延生長，生長的趨勢也發(fā)生改變，從而不易形成粗大的晶體。電沉積納米晶較多采用脈沖電沉積法，所用脈沖電流的波形一般為矩形波。

脈沖電沉積與直流電沉積相比，更容易得到納米晶鍍層。脈沖電沉積可通過控制波形、頻率、通斷比及平均電流密度等參數(shù)，從而可以獲得具有特殊性能的納米鍍層。

電沉積過程中非常關(guān)鍵的步驟是新晶核的生成和晶體的成長，這兩個步驟的競爭直接影響到鍍層中生成晶粒的大小，其決定的因素是由于吸附表面的擴散速率和電荷傳遞反應(yīng)速率不一致造成的。如果在陰極表面具有高的表面擴散速率，由于較慢的電荷傳遞反應(yīng)引起的少量吸附原子以及低的過電勢將有利于晶體的成長；相反，低的表面擴散速率和大量的吸附原子以及高的過電勢，都將增加成核速率。研究表明，高的陰極過電勢、高的吸附原子總數(shù)和低的吸附原子表面遷移率是大量形核和減少晶粒生長的必要條件 。

電沉積納米晶的方法與其它方法相比具有許多優(yōu)點。電沉積納米晶與普通晶體相比還具有很多優(yōu)異特性，如耐蝕性、硬度、耐磨性、延展性、電阻、電化學性能以及催化活性等，因而它在科學技術(shù)和工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用前景。在納米晶材料研究中主要進行兩方面的工作:一是用電沉積法開發(fā)新材料，制取高性能、微型、環(huán)保型產(chǎn)品；二是改善及取代傳統(tǒng)材料，提高及改善產(chǎn)品質(zhì)量和性能。

總之，納米技術(shù)和納米晶材料有著極其廣泛的應(yīng)用前景，它將會對21世紀的科學技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展帶來新的飛躍 。

沉積物在潮汐的作用下可以形成各種沉積底形。流態(tài)和底形序列的概念基本上可以應(yīng)用于潮流沉積。但是，潮汐是周期性的雙向水流運動，因此其沉積構(gòu)造也往往具有韻律性和雙向性的特點。這是鑒定潮汐沉積的充分標志。

潮流沙丘(dune)是潮汐作用帶主要的底形類型。在主潮流的速度足以推動沙丘運動的情況下，形成交錯層理。其中常有幾乎等間距的不連續(xù)面，標志著反向的次潮流的存在。如果次潮流也足夠強，就會侵蝕沙丘，形成微向潮流方向傾斜的再活動面，并推動沉積物向相反方向運動，形成反向的交錯層理。潮流轉(zhuǎn)向的拐點，流速為零。在潮流速度大幅度減緩的時期，在背流面形成泥皮，多為以糞粒形式出現(xiàn)的泥質(zhì)(Dalrymple,1992)。由于被次潮流所搬運的沉積物為量少，故次潮流形成的泥皮與主潮流形成的泥皮十分接近，構(gòu)成雙黏土層。波浪作用較強或發(fā)生旋轉(zhuǎn)潮流的地方，沒有零速期，也就沒有泥皮。在一個主潮期內(nèi)形成的砂質(zhì)細層系，上下界面由再活動面或泥皮限定，稱為潮積束。

由周期性大潮引起的潮流速度的變化，勢必導(dǎo)致沉積層厚度的旋回性變化，形成所謂的潮汐韻律。潮汐韻律層的砂層是由沙波或沙丘側(cè)向遷移形成的潮積束，而泥層則是懸浮體垂向加積形成的泥皮。由砂層到泥皮通常為漸變過渡，沒有截然的界限，而由泥層到砂層的轉(zhuǎn)變通常為突變接觸。

魚骨形交錯層理是一種比較典型的潮流沉積構(gòu)造。呈板狀雙向交錯，狀似魚骨。魚骨形交錯層理是判別潮流沉積的充分條件，但不是必要條件。在潮流有主次之分的情況下，一般都形成單向?qū)永砘蛞詥蜗驗橹?、逆向為輔的潮汐層理，魚骨形層理并不多見。

在潮流較弱的情況下，底形規(guī)模較小，以波紋為主。潮流速度較高時形成的砂質(zhì)波紋與潮汐轉(zhuǎn)向期形成的泥皮在縱向上更迭，即形成壓扁層理或透鏡狀層理。如果次潮流也較強，則在砂巖透鏡體內(nèi)可以見到反向的交錯層理。砂泥比、砂泥層的厚薄和沉積物的粒度大小都取決于潮流的強弱。

潮汐層理在絕大多數(shù)情況下是鑒定潮汐沉積的充分必要條件。這種情況在其他的沉積物中并不多見。

鋅電解沉積(electro winning of zinc)是指采用不溶陽極，在直流電作用下使硫酸鋅電解液中的鋅沉積在陰極上的過程，為濕法煉鋅流程的重要組成部分 。

沉積物亦可以由風（風成過程（eolian processes））及冰川搬運。沙漠的沙丘及黃土是風成運輸及沉積的例子。冰川的冰磧石（Moraine）礦床及冰磧（Till）是由冰所運輸?shù)某练e物。簡單的重力崩塌制造了如碎石堆、山崩沉積及喀斯特崩塌特色的沉積物。每一種類型的沉積物有不同的沉降速度，依據(jù)其大小、容量、密度及形狀而定。

江河、海洋及湖泊均會累積產(chǎn)生沉積物。這些物質(zhì)可以在陸地沉積或是在海洋沉積。陸生的沉積物由陸地產(chǎn)生，但是也可以在陸地、海洋或湖泊沉積。沉積物是沉積巖的原料，沉積巖可以包含水棲生物的化石。這些水棲生物在死后被累積的沉積物所覆蓋。未石化的湖床沉積物可以用來測定以前的氣候環(huán)境。

沉積物在人造防波堤累積，因為防波堤減慢水流速度令水流可攜帶沉積物減少。

冰川搬運石塊。那些石塊在冰川退縮時會沉積起來。