Анализ влияния концентрационной зависимости тока обмена на электроосаждение металла в нанопорах темплата
- Авторы: Бограчев Д.А.1, Кабанова Т.Б.2, Давыдов А.Д.2
-
Учреждения:
- Университет Ариеля, Факультет естественных наук, Отделение химических наук
- Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
- Выпуск: Том 59, № 9 (2023)
- Страницы: 501-509
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0424-8570/article/view/139371
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023090049
- EDN: https://elibrary.ru/KXCVPQ
- ID: 139371
Цитировать
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.
Об авторах
Д. А. Бограчев
Университет Ариеля, Факультет естественных наук, Отделение химических наук
Email: bograchev@gmail.com
Израиль, Ариель
Т. Б. Кабанова
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Email: alexdavydov@yandex.ru
Россия, Москва
А. Д. Давыдов
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: alexdavydov@yandex.ru
Россия, Москва
Список литературы
- 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.
- Banerjee, S., Dan, A., and Chakravorty, D., Review synthesis of conducting nanowires, J. Mater. Sci., 2002, vol. 37, p. 4261.
- Li, Y., Qian, F., Xiang, J., and Lieber, C.M., Nanowire electronic and optoelectronic devices, Mater. Today, 2006, vol. 9, p. 18.
- 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.]
- Possin, G.E., A method for forming very small diameter wires, Rev. Sci. Instrum., 1970, vol. 41, p. 772.
- Lee, W. and Park, S.-J., Porous anodic aluminum oxide: Anodization and templated synthesis of functional nanostructures, Chem. Rev., 2014, vol. 114, p. 7487.
- 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.
- 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.
- Schwanbeck, H. and Schmidt, U., Preparation and characterization of magnetic nanostructures using filtration membranes, Electrochim. Acta, 2000, vol. 45, p. 4389.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.]
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Newman, J. and Thomas-Alyea, K.E., Electrochemical Systems, 2004.
- Shampine, L.F., Solving 0 = F(t,y(t),y′(t)) in matlab, J. Numer. Math., 2002, vol. 10, p. 291.
- Gileadi, E., Kirowa-Eisner, E., and Penciner, J., Interfacial Electrochemistry: An Experimental Approach, New York: Addison-Wesley, Advanced Book Program, 1975.
- 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.
- 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.