CN105256344A - 一种电化学沉积制备单质锡薄膜的方法 - Google Patents

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李伟
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李志光
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Abstract

本发明提供了一种电化学沉积制备单质锡薄膜的方法，其特征在于：以氯化亚锡为锡源，溶于柠檬酸溶液形成含锡电化学沉积液；以导电玻璃为薄膜沉积基底，在上述电化学沉积液中利用电化学方法(循环伏安法)，在-0.5～-1.05V电位区间内，10～100mV/s的扫速下，沉积100～7000s，制备纳米级不同厚度和颗粒尺寸的单质锡薄膜。本发明方法室温沉积，薄膜均匀、厚度可控，工艺设备简单，制备条件要求较低，可实现大规模生产。本发明主要应用于单质锡薄膜的制备。

Description

一种电化学沉积制备单质锡薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种单质锡薄膜的电化学沉积制备方法，采用本发明制得的纳米单质锡薄膜,颗粒均匀,厚度可控,在光电催化材料领域、电子工业、储能领域具有广泛的应用价值。
背景技术
单质锡是一种重要的功能材料，已被广泛的应用于电子工业、半导体器件，以及宇宙飞船制造业、半导体陶瓷、光伏焊带、阻燃剂等领域。目前，锡薄膜的制备主要采用电镀(CN104060308A；CN104060307A；CN201210243504，CN104884680A；CN102758228A)和磁控溅射(AppliedSurfaceScience，2011，257，3733-3738)、蒸镀方法(CN104294218A)制备。与电镀技术相比，磁控溅射法和蒸镀法所需设备昂贵、制备技术复杂。电镀技术为两电极(阴极和阳极)电沉积技术，目前主要用来制备金属导线的锡防氧化层及焊接用含锡合金层等，但电镀沉积制备的锡膜较厚、均匀性及质量不佳，且镀液组成复杂、稳定性较差。科学研究表明纳米级的锡颗粒因为受量子尺寸效应的作用，会产生电子能级的离散现象从而产生对可见光的吸收，因此纳米锡薄膜能提高对可见光区太阳能的利用，可用于制备高效的太能热吸收薄膜。此外，金属锡能与锂形成合金，而纳米级锡则具有非常高的储锂性能，因此纳米锡薄膜也被用作锂离子电池的负极材料。然而，目前纳米级锡薄膜的制备方法较少，常用的是磁控溅射法。溅射法所制薄膜的颗粒均一、薄膜均匀，但是薄膜尺寸较小、成本较高。相比较而言，电沉积方法是一种设备简单、成本低廉的纳米薄膜制备方法，且所制纳米薄膜质量可靠，膜尺寸和膜厚可控，对实现锡纳米薄膜的大规模可控生产具有重要的实用价值。
发明内容
本发明基于电化学沉积技术中的循环伏安法，提供一种制备单质锡薄膜的方法，克服现有制备单质锡的不足。
本发明所述一种制备单质锡薄膜的制备方法，其特征是包括下列步骤：a)电化学沉积液的配置：电化学沉积液为含氯化亚锡和柠檬酸的水溶液。其中氯化亚锡浓度为1～10mmol/L，柠檬酸的浓度为0.1～1mol/L。溶液配制过程为：先将氯化亚锡溶于去离子水中,待溶解之后，再加入柠檬酸溶解，即可制得电化学沉积混合液；b)单质锡薄膜的电化学沉积：沉积温度在室温条件下，以铂丝为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，导电玻璃(FTO)为工作电极，电化学沉积液是含氯化亚锡和柠檬酸的混合溶液，在沉积电位区间为-0.55～-1.05V(相对于饱和甘汞电极)的电位区间内，在10～100mV/s的扫速下循环扫描沉积，沉积时间为100～7000s，即可获得纳米级单质锡薄膜。
本发明所述电化学沉积时，工作电极的沉积电位在-0.55～-1.05V内循环扫描变化。变化规律：循环扫描从-0.55V逐渐减小至-1.05V的反向扫描，又从-1.05V逐渐变至-0.55V的正向扫描，不断循环扫描，直至循环伏安沉积完成。
本发明所述氯化亚锡可替换为1～10mmol/L浓度的硫酸亚锡。
本发明所述柠檬酸可替换为0.1～1mol/L浓度的酒石酸。
相对于现有制备单质锡的技术，本发明所涉及纳米级单质锡薄膜制备方法的特点是：室温沉积、薄膜均匀、厚度可控、沉积设备简单、易操作、可实现大规模生产，主要应用在单质锡薄膜的制备。
附图说明
图1是本发明制备方法制取的纳米级单质锡薄膜的XRD图。
图2是本发明制备方法制取的纳米级单质锡薄膜的SEM表面图
图3是本发明制备方法制取的纳米级单质锡薄膜的SEM侧面图
具体实施方式
以下具体实施例的仅是本发明的在不同沉积时间条件下的实施方式。
实施例1：称取3mmol的氯化亚锡，和0.2mol的柠檬酸溶于200ml水溶液中，然后稀释至1000ml。在上述沉积液中，在沉积电位区间为-0.55～-1.05V(相对于饱和甘汞电极)的电位区间内，在10mV/s的扫速下循环扫描沉积，沉积时间为3000s，沉积好的薄膜用去离子水浸泡数分钟，除去表面的溶液离子,在室温下进行干燥。薄膜经X-射线粉末衍射分析，确定为单质锡(图1)，不同沉积时间下,颗粒尺寸是随着沉积时间增加而增大(图2、3)。
实施例2：称取3mmol的氯化亚锡，和0.2mol的柠檬酸溶于200ml水溶液中，然后稀释至1000ml。在上述沉积液中，在沉积电位区间为-0.55～-1.05V(相对于饱和甘汞电极)的电位区间内，在10mV/s的扫速下循环扫描沉积，沉积时间为4000s，沉积好的薄膜用去离子水浸泡数分钟，除去表面的溶液离子,在室温下进行干燥。

Claims (4)

1.一种制备单质锡薄膜的制备方法，其特征是包括下列步骤：a)电化学沉积液的配置：电沉积液为含氯化亚锡和柠檬酸的水溶液。其中氯化亚锡浓度为1～10mmol/L，柠檬酸的浓度为0.1～1mol/L。溶液配制过程为：先将氯化亚锡溶于去离子水中，待溶解之后，再加入柠檬酸溶解，即可制得电化学沉积液；b)单质锡薄膜的电化学沉积：沉积温度在室温条件下，以铂丝为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，导电玻璃(FTO)为工作电极，电化学沉积液是含氯化亚锡和柠檬酸的混合溶液，在沉积电位区间为-0.55～-1.05V(相对于饱和甘汞电极)的电位区间内，在10～100mV/s的扫速下循环扫描沉积，沉积时间为100～7000s，即可获得纳米级单质锡薄膜。
2.按权利要求1所述的纳米级单质锡薄膜的制备方法，其特征是：所述电化学沉积时，工作电极的沉积电位在-0.55～-1.05V内循环扫描变化。变化规律：循环扫描从-0.55V逐渐减小至-1.05V的反向扫描，又从-1.05V逐渐变至-0.55V的正向扫描，不断循环扫描，直至循环伏安沉积完成。
3.按权利要求1，2所述氯化亚锡可替换为1～10mmol/L浓度的硫酸亚锡。
4.按权利要求1,2,3所述柠檬酸可替换为0.1～1mol/L浓度的酒石酸。
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