一種電化學沉積制備單質錫薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種單質錫薄膜的電化學沉積制備方法，采用本發明制得的納米單質錫薄膜，顆粒均勻，厚度可控，在光電催化材料領域、電子工業、儲能領域具有廣泛的應用價值。
【背景技術】
[0002]單質錫是一種重要的功能材料，已被廣泛的應用于電子工業、半導體器件，以及宇宙飛船制造業、半導體陶瓷、光伏焊帶、阻燃劑等領域。目前，錫薄膜的制備主要采用電鍍(CN104060308A ；CN104060307A ；CN201210243504, CN104884680A ；CN102758228A)和磁控濺射(Applied Surface Science，2011，257，3733-3738)、蒸鍍方法(CN104294218A)制備。與電鍍技術相比，磁控濺射法和蒸鍍法所需設備昂貴、制備技術復雜。電鍍技術為兩電極(陰極和陽極)電沉積技術，目前主要用來制備金屬導線的錫防氧化層及焊接用含錫合金層等，但電鍍沉積制備的錫膜較厚、均勻性及質量不佳，且鍍液組成復雜、穩定性較差。科學研究表明納米級的錫顆粒因為受量子尺寸效應的作用，會產生電子能級的離散現象從而產生對可見光的吸收，因此納米錫薄膜能提高對可見光區太陽能的利用，可用于制備高效的太能熱吸收薄膜。此外，金屬錫能與鋰形成合金，而納米級錫則具有非常高的儲鋰性能，因此納米錫薄膜也被用作鋰離子電池的負極材料。然而，目前納米級錫薄膜的制備方法較少，常用的是磁控濺射法。濺射法所制薄膜的顆粒均一、薄膜均勻，但是薄膜尺寸較小、成本較高。相比較而言，電沉積方法是一種設備簡單、成本低廉的納米薄膜制備方法，且所制納米薄膜質量可靠，膜尺寸和膜厚可控，對實現錫納米薄膜的大規模可控生產具有重要的實用價值。
【發明內容】
[0003]本發明基于電化學沉積技術中的循環伏安法，提供一種制備單質錫薄膜的方法，克服現有制備單質錫的不足。
[0004]本發明所述一種制備單質錫薄膜的制備方法，其特征是包括下列步驟:a)電化學沉積液的配置:電化學沉積液為含氯化亞錫和檸檬酸的水溶液。其中氯化亞錫濃度為1?10mmol/L，梓檬酸的濃度為0.1?lmol/L。溶液配制過程為:先將氯化亞錫溶于去離子水中，待溶解之后，再加入檸檬酸溶解，即可制得電化學沉積混合液；b)單質錫薄膜的電化學沉積:沉積溫度在室溫條件下，以鉑絲為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，導電玻璃(FT0)為工作電極，電化學沉積液是含氯化亞錫和檸檬酸的混合溶液，在沉積電位區間為-0.55?-1.05V(相對于飽和甘汞電極)的電位區間內，在10?100mV/s的掃速下循環掃描沉積，沉積時間為100?7000s，即可獲得納米級單質錫薄膜。
[0005]本發明所述電化學沉積時，工作電極的沉積電位在-0.55?-1.05V內循環掃描變化。變化規律:循環掃描從-0.55V逐漸減小至-1.05V的反向掃描，又從-1.05V逐漸變至-0.55V的正向掃描，不斷循環掃描，直至循環伏安沉積完成。
[0006]本發明所述氯化亞錫可替換為1?lOmmol/L濃度的硫酸亞錫。
[0007]本發明所述檸檬酸可替換為0.1?lmol/L濃度的酒石酸。
[0008]相對于現有制備單質錫的技術，本發明所涉及納米級單質錫薄膜制備方法的特點是:室溫沉積、薄膜均勻、厚度可控、沉積設備簡單、易操作、可實現大規模生產，主要應用在單質錫薄膜的制備。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明制備方法制取的納米級單質錫薄膜的XRD圖。
[0010]圖2是本發明制備方法制取的納米級單質錫薄膜的Sffl表面圖
[0011]圖3是本發明制備方法制取的納米級單質錫薄膜的Sffl側面圖
【具體實施方式】
[0012]以下具體實施例的僅是本發明的在不同沉積時間條件下的實施方式。
[0013]實施例1:稱取3mmol的氯化亞錫，和0.2mol的梓檬酸溶于200ml水溶液中，然后稀釋至1000ml。在上述沉積液中，在沉積電位區間為-0.55?-1.05V(相對于飽和甘汞電極)的電位區間內，在10mV/S的掃速下循環掃描沉積，沉積時間為3000s，沉積好的薄膜用去離子水浸泡數分鐘，除去表面的溶液離子，在室溫下進行干燥。薄膜經X-射線粉末衍射分析，確定為單質錫(圖1)，不同沉積時間下，顆粒尺寸是隨著沉積時間增加而增大(圖2、3) ο
[0014]實施例2:稱取3mmol的氯化亞錫，和0.2mol的梓檬酸溶于200ml水溶液中，然后稀釋至1000ml。在上述沉積液中，在沉積電位區間為-0.55?-1.05V(相對于飽和甘汞電極)的電位區間內，在10mV/S的掃速下循環掃描沉積，沉積時間為4000s，沉積好的薄膜用去離子水浸泡數分鐘，除去表面的溶液離子，在室溫下進行干燥。
【主權項】
1.一種制備單質錫薄膜的制備方法，其特征是包括下列步驟:a)電化學沉積液的配置:電沉積液為含氯化亞錫和梓檬酸的水溶液。其中氯化亞錫濃度為1?10mmol/L，梓檬酸的濃度為0.1?lmol/L。溶液配制過程為:先將氯化亞錫溶于去離子水中，待溶解之后，再加入檸檬酸溶解，即可制得電化學沉積液山)單質錫薄膜的電化學沉積:沉積溫度在室溫條件下，以鉑絲為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，導電玻璃(FT0)為工作電極，電化學沉積液是含氯化亞錫和梓檬酸的混合溶液，在沉積電位區間為-0.55?-1.05V(相對于飽和甘汞電極)的電位區間內，在10?100mV/S的掃速下循環掃描沉積，沉積時間為100?7000s，即可獲得納米級單質錫薄膜。2.按權利要求1所述的納米級單質錫薄膜的制備方法，其特征是:所述電化學沉積時，工作電極的沉積電位在-0.55?-1.05V內循環掃描變化。變化規律:循環掃描從-0.55V逐漸減小至-1.05V的反向掃描，又從-1.05V逐漸變至-0.55V的正向掃描，不斷循環掃描，直至循環伏安沉積完成。3.按權利要求1，2所述氯化亞錫可替換為1?lOmmol/L濃度的硫酸亞錫。4.按權利要求1，2，3所述檸檬酸可替換為0.1?lmol/L濃度的酒石酸。
【專利摘要】本發明提供了一種電化學沉積制備單質錫薄膜的方法，其特征在于：以氯化亞錫為錫源，溶于檸檬酸溶液形成含錫電化學沉積液；以導電玻璃為薄膜沉積基底，在上述電化學沉積液中利用電化學方法(循環伏安法)，在-0.5～-1.05V電位區間內，10～100mV/s的掃速下，沉積100～7000s，制備納米級不同厚度和顆粒尺寸的單質錫薄膜。本發明方法室溫沉積，薄膜均勻、厚度可控，工藝設備簡單，制備條件要求較低，可實現大規模生產。本發明主要應用于單質錫薄膜的制備。
【IPC分類】C25D5/18, C25D3/30
【公開號】CN105256344
【申請號】CN201510873558
【發明人】張騫, 李偉, 周瑩, 李志光, 淡猛, 嚴林鵬, 王芳, 于珊
【申請人】西南石油大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年12月3日