Модифицирование меди в растворе соли бария Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузнецов П.Н. и др. // Химия в интересах устойчивого развития. 2003. Т. 11. № 4. С. 601-609.

2. Stiles A.B. Catalyst Supports and Supported Catalysts. Boston: Butterworhs. 1987. P. 69.

3. Константинова Т.Е. и др. // Наука та шноваци. 2005. Т. 1. № 3. С. 76-87.

4. Ivanova E.A., Konakov V.G., Solovyeva E.N. // Rev. Adv. Mater. Sci. 2003. V. 4. P. 41.

5. Цегельник Э. Таинство химических превращений. Ижевск. Издательство: Ижевская республиканская типография. 2004. 240 с.

6. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов. Под ред. Б.Г. Линсена. М.: Мир, 1973.

7. Кострикин А.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2005. Т. 50. № 3. С. 389-396.

8. Сухарев Ю.И., Лымарь А.А., Авдин В.В. Взаимосвязь оптических и структурных характеристик оксигидратов некоторых тяжелых металлов // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 2001. Вып. 4. С. 53-57.

9. Сухарев Ю.И., Марков Б.А., Антоненко И.В. // Химическая физика и мезоскопия. 2000. Т. 2. № 1. С. 52-62.

10. Вассерман И.М. Химическое осаждение из растворов. Л.: Химия. 1980. 208 с.

Лаборатория 1-5 ИХР

УДК 541.135.4

О.Н. Щербинина, И.С. Панга, Е.Л. Сурменко МОДИФИЦИРОВАНИЕ МЕДИ В РАСТВОРЕ СОЛИ БАРИЯ

(Саратовский государственный технический университет, Энгельсский технологический институт) E- mail: [email protected]

Изучено электрохимическое поведение медного электрода в растворе соли бария Ba(NO3)2*5H2O в диметилформамиде (ДМФ) различных концентраций в широком диапазоне потенциалов. Показана возможность получения соединений типа BaCu методом катодного внедрения. Метод рентгеновской дифрактометрии идентифицировал образующуюся фазу, как твердый раствор бария в меди. Лазерный микроанализ позволил определить процентное содержание бария в приповерхностном слое меди. Проведены измерения сопротивления исследуемых электродов.

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение бария в поверхностный слой других металлов существенно уменьшает работу выхода электрона [1]. Поэтому сплавы, содержащие барий, например Ва№, ВаСи, находят практическое применение в электронных и электрических устройствах [1]. Целью настоящей работы являлось изучение возможности легирования меди барием с применением метода электрохимического внедрения, а также установление влияния потенциала катодной поляризации (Екп) и концентрации раствора на процесс формирования электрохимического сплава Ва-Си.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Измерения проводили в растворах соли Ба(К03)2^5Н20 в диметилформамиде концентрацией 0,1, 0,05, 0,025 моль/л в области потенциалов от -2,0 до -2,8 с шагом 0,2 В при комнатной температуре. Растворы готовили из перекристаллизованного реактива.

Площадь рабочей поверхности меди (99,99 мас.% Си) составила 2 см2. Перед опытом электрод подвергался механической обработке с последующим электрохимическим полированием в растворе Н3Р04, промывался и просушивался в сушильном шкафу. Перед опытом электрохимическая ячейка и электроды промывались рабочим

раствором. В работе использовали потенциостат П-5848 в сочетании с самопишущим потенциометром КСП-4. Потенциал измеряли относительно неводного хлорсеребряного электрода сравнения. Рентгенофазовый анализ образцов проводили на установке ДРОН-3М с использованием С0-Ка излучения. Лазерный эмиссионный микроспектральный анализ проводили на установке «Спектр-2000». Для измерения сопротивления образцов использовали метод прижимного контакта (двухконтактная схема) с помощью цифрового мультиметра АППА-200-207.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что при катодной поляризации медного электрода полученные — зависимости имеют вид, характерный для процесса внедрения, идущего с образованием твердого раствора (рис. 1, 2, 3). Величина плотности тока растет по мере смещения значения Екп в более электроотрицательную сторону в растворах с концентрацией 0,1 и 0,05 моль/л. В 0,025 молярном растворе по мере роста потенциала поляризации ток на кривых снижается.

Значение максимумов плотностей тока в зависимости от концентрации раствора изменяется в ряду 0,025моль/л^- 0,1 моль/л^- 0,05 моль/л. Характер бестоковых хронопотенциограмм подтверждает предположение о формировании на поверхности твердого раствора. Значение бестокового потенциала медного электрода после поляризации смещалось в отрицательную сторону. Для 0,1 молярного раствора оно составило -0,5 В, для 0,05 молярного -0,2 В, а для 0,025 молярного -0,5 В (при потенциале восстановления бария -2,8 В), потенциал погружения Е0 меди в растворах всех концентраций ~ +0,03 В.

Рис. 1. i-t кривые внедрения Ba в Cu из раствора Ba(NO3)2^5H2O в ДМФ концентрацией 0,025моль/л. Fig 1. i-t curves of Ba introduction into Cu from Ba(NO3)2^5H2O dimethyl formamide solution of 0.025 mole/l concentration.

Рис. 2. i-t кривые внедрения Ba в Cu из раствора Ba(NO3)2^5H2O в ДМФ концентрацией 0,05моль/л. Fig. 2. i-t curves of Ba introduction into Cu from Ba(NO3)2^5H2O dimethyl formamide solution of 0.05 mole/l concentration.

Рис. 3. i-t кривые внедрения Ba в Cu из раствора Ba(NO3)2^5H2O в ДМФ концентрацией 0,1моль/л. Fig. 3. i-t curves of Ba introduction into Cu from Ba(NO3)2^5H2O dimethyl formamide solution of 0.1 mole/l concentration.

Рис. 4. Зависимость С0 д/D Для Екп для меди, обработанной в растворе соли бария различной концентрации.

Fig. 4. The Ecp dependence С0 д/D for copper treated in barium salt solution of different concentration.

Согласно результатам расчета диффузионных параметров (рис. 4), зависимости скорости внедрения бария в медь от Екп и концентрации раствора носят неоднозначный характер. В 0,05

молярном растворе зависимость С0 - Екп имеет волновой характер, а в растворах 0,025 и 0,1

молярном величина C0J~D возрастает по мере увеличения потенциала. Это свидетельствует о том, что коэффициент диффузии бария в твердой фазе не изменяется линейно при изменении величины Екп и концентрации раствора.

Согласно результатам лазерного микроанализа, увеличение потенциала катодной поляризации способствует более интенсивному продвижению бария вглубь электрода. Поверхностное проникновение бария исследовалось на 4 последовательных величинах заглубления (таблица).

Таблица.

Влияние (Екп) и концентрации раствора на процентное содержание бария в медном электроде в

течение 45мин. Table . Influence (Ecp) and solution concentration on

Для образцов, обработанных в растворе с концентрацией 0,025 моль/л при Екп -2,4 и -2,8 В, наблюдается самый высокий процент содержания бария в приповерхностном слое медного электрода. Максимальное содержание бария на глубине 230мкм в образце, обработанном в 0,1 молярном растворе.

Рентгенофазовый анализ образцов полученных при (Екп) -2,8 В в растворах всех концентраций идентифицировал полученный продукт как твердый раствор бария в меди.

Согласно литературным данным [2, 3], электропроводность определяется свойствами основной фазы. В нашем случае это твердый раствор, формирующийся как на поверхности меди, так и в глубине. Свойства его определяются несколькими факторами: потенциалом поляризации,

Кафедра технологии электрохимических производств

концентрацией раствора, природой раствора, природой подложки.

Зависимость величины сопротивления исследуемых электродов от потенциала катодной поляризации представлена на рис. 5. Для образцов, обработанных в растворах концентрацией 0,025 и 0,1 моль/л, максимального значения сопротивления наблюдается при величине Екп=-2,4 В Минимальным сопротивлением обладают электроды, обработанные в 0,05 молярном растворе в области потенциалов от -2,0 до -2,4 В. При смещении потенциала поляризации в более электроотрицательную сторону значение R возрастает.

R, Ом

Рис. 5. Зависимость сопротивления (R) меди от Екп при различных концентрациях раствора Ba(NO3)2^5H2O в ДМФ. Fig 5. Dependence of copper resistance (R) on Ecp at different concentrations of Ba(NO3)2^5H2O dimethyl formamide solution.

В ходе исследований установлено, что наибольшим сопротивлением обладают образцы, полученные в растворах с концентрацией 0,025 и 0,1 моль/л, содержание бария в которых на поверхности и в приповерхностоном слое максимально. Следовательно, электропроводность их ниже, чем образцов, обработанных в 0,05 молярном растворе в области потенциалов от -2,0 до -2,4 В.

Таким образом, установлена возможность модифицирования меди в растворе соли бария с различной концентрацией в области потенциалов от -2,0 до -2,8 В с образованием твердого раствора как на поверхности, так и в приповерхностном слое различного стехиометрического состава. Обнаружено, что наибольшей проводимостью обладают электроды, обработанные в растворе концентрацией 0,05 моль/л при потенциалах катодной поляризации -2,0; -2,2; -2,4 В.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дриц М.И., Зусман Л.Л. Сплавы щелочных и щелочноземельных металлов: Справочник. М.: Металлургия. 1986. 248 с.

2. Bauerle J.E. // J. Phis. Chem. Solids. 1969. V. 30. P. 2657.

3. Schouler E., Kleitz M., Deportes C. // J. Phis. Chem. Solids. 1973. V. 70. P. 923.

barium percentage in copper electrode during 45 min.

Содержание Ba, %

Потенциал -2,0 -2,4 -2,8

Конц. р-ра 0,025 0,025 0,025

Глубина Образец №1 Образец №2 Образец №3

145 мкм ~ 41,9 ~ 60,8 ~ 61,5

185 мкм ~ 10,3 ~ 20,8 ~ 34,1

210 мкм ~ 2,7 ~ 12,6 ~ 22,6

230 мкм ~ 0,3 ~ 7,0 ~ 10,1

Конц. р-ра 0,050 0,050 0,050

Глубина Образец №4 Образец №5 Образец №6

145 мкм ~ 35,0 ~ 37,8 ~ 47,4

185 мкм ~ 11,5 ~ 10,9 ~ 13,2

210 мкм ~ 9,1 ~ 8,6 ~ 9,3

230 мкм ~ 5,1 ~ 1,3 ~ 7,6

Конц. р-ра 0,100 0,100 0,100

Глубина Образец №7 Образец №8 Образец №9

145 мкм ~ 45,2 ~ 50,1 ~ 53,7

185 мкм ~ 13,8 ~ 16,5 ~ 18,4

210 мкм ~ 11,3 ~ 15,3 ~ 15,6

230 мкм ~ 8,6 ~ 8,3 ~ 13,7