RU2723629C1 - Method of producing anode films of zinc oxide - Google Patents
Method of producing anode films of zinc oxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723629C1 RU2723629C1 RU2020112112A RU2020112112A RU2723629C1 RU 2723629 C1 RU2723629 C1 RU 2723629C1 RU 2020112112 A RU2020112112 A RU 2020112112A RU 2020112112 A RU2020112112 A RU 2020112112A RU 2723629 C1 RU2723629 C1 RU 2723629C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zinc oxide
- zinc
- film
- oxidation
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/34—Anodisation of metals or alloys not provided for in groups C25D11/04 - C25D11/32
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимическому способу получения пленок оксида цинка, которые могут быть использованы для создания пленочных транзисторов, твердотельных лазеров, резервных химических источников тока, катализаторов, а также устройств спиновой электроники. Также может использоваться как покрытие для антикоррозионной защиты оборудования.The invention relates to an electrochemical method for producing zinc oxide films, which can be used to create film transistors, solid-state lasers, backup chemical current sources, catalysts, and spin electronics devices. It can also be used as a coating for anticorrosive protection of equipment.
Известен способ получения монокристаллической пленки оксида цинка (RU № 2036218, МПК C09K 11/54, опубликовано 27.05.1995), включающий обработку порошка оксида цинка водородом, содержащим пары воды, осаждение пленки оксида цинка на подложке при градиенте температур между зоной обработки порошка и подложкой, охлаждение подложки, отличающийся тем, что с целью улучшения люминесцентных характеристик пленки подложку после осаждения пленки нагревают до 890-1000 К, выдерживают при этой температуре 2 мин, а охлаждение ведут в атмосфере инертного газа. A known method for producing a single crystal film of zinc oxide (RU No. 2036218, IPC C09K 11/54, published May 27, 1995), comprising treating zinc oxide powder with hydrogen containing water vapor, depositing a film of zinc oxide on a substrate with a temperature gradient between the powder processing zone and the substrate cooling the substrate, characterized in that in order to improve the luminescent characteristics of the film, the substrate is heated to 890-1000 K after deposition of the film, kept at this temperature for 2 minutes, and cooling is carried out in an inert gas atmosphere.
Общими признаками заявляемого способа с аналогом являются то, что процесс формирование оксидной плёнки протекает при стандартных условиях (t = 25 °С). Common features of the proposed method with an analogue are that the process of forming an oxide film proceeds under standard conditions (t = 25 ° C).
Недостатки аналога заключается в том, что, во-первых, для улучшения люминесцентных характеристик пленки необходимо осуществлять её нагрев до 617–727 °С, во-вторых, толщина слоя оксида цинка является слишком большой (0,3-3 мм) для описанных ранее прикладных задач.The disadvantages of the analogue are that, firstly, to improve the luminescent characteristics of the film, it is necessary to heat it to 617–727 ° C, and secondly, the thickness of the zinc oxide layer is too large (0.3-3 mm) for the previously described applied tasks.
Известен способ получения тонкой пьезоэлектрической пленки оксида цинка (SU № 1812242, МПК С23С14/46, опубликовано 30.04.1993). По данному способу получают тонкую пьезоэлектрическую пленку оксида цинка магнетронным реактивным напылением пленки оксида цинка на диэлектрическую подложку, предварительно подверженной ионной обработке. Способ может быть использован при изготовлении акустоэлектронных приборов, работающих в СВЧ-диапазоне. A known method of producing a thin piezoelectric film of zinc oxide (SU No. 1812242, IPC С23С14 / 46, published on 04/30/1993). According to this method, a thin piezoelectric film of zinc oxide is produced by magnetron reactive sputtering of a film of zinc oxide on a dielectric substrate previously subjected to ion processing. The method can be used in the manufacture of acoustoelectronic devices operating in the microwave range.
Общим признаком заявляемого способа с аналогом является то, что процесс формирование оксидной плёнки протекает при стандартных условиях (t = 25 °С). A common feature of the proposed method with an analogue is that the process of forming an oxide film proceeds under standard conditions (t = 25 ° C).
Недостатком данного способа, является то, что при использовании поверхностей свеженапыленных диэлектрических пленок эффект наблюдается только на той части слоистой структуры, которая наращивалась на ионнообработанную часть поверхности свеженапыленной пленки. Подложку, перед напылением, предварительно обрабатывают ионами инертного газа с энергией не менее 300 эВ. Толщина пленки, наносимой на подложку, составляет менее 1 мкм.The disadvantage of this method is that when using surfaces of freshly sprayed dielectric films, the effect is observed only on that part of the layered structure, which grew on the ion-treated part of the surface of the freshly sprayed film. The substrate, before sputtering, is pre-treated with inert gas ions with an energy of at least 300 eV. The film thickness applied to the substrate is less than 1 μm.
Известны способы получения порошка оксида цинка путем окисления при нагревании цинкосодержащего сырья (5–40 масс. % Zn) воздухом (RU № 2077158, МПК C01G 9/02, опубликовано 10.04.1997) и металлического цинка кислородом (RU № 2450972, МПК C01G 9/02, опубликовано 20.05.2012). Known methods for producing zinc oxide powder by oxidation by heating zinc-containing raw materials (5-40 wt.% Zn) with air (RU No. 2077158, IPC C01G 9/02, published 04/10/1997) and zinc metal with oxygen (RU No. 2450972, IPC C01G 9 / 02, published on 05/20/2012).
Общим признаком заявляемого способа с аналогом является то, что в ходе их реализации формирование оксида цинка происходит на металлическом цинке.A common feature of the proposed method with an analogue is that during their implementation, the formation of zinc oxide occurs on metal zinc.
Недостатками этих способов являются использование высоких температур - 1300-1400 °С и 850 °С, соответственно, существующая возможность локального перегрева реакционной смеси и, как следствие, разрушения стенок реактора, а также невозможность их применения для получения пленок оксида цинка.The disadvantages of these methods are the use of high temperatures - 1300-1400 ° C and 850 ° C, respectively, the existing possibility of local overheating of the reaction mixture and, as a consequence, the destruction of the walls of the reactor, as well as the inability to use them to obtain films of zinc oxide.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является способ получения оксида цинка (RU № 2221748, МПК C01G 9/02, опубликовано 20.01.2004), включающий окисление металлического цинка и термообработку, отличающийся тем, что осуществляют электрохимическое окисление металлического цинка в водном растворе хлорида натрия с концентрацией 2-5 масс. % при плотности переменного синусоидального тока промышленной частоты 1,0-2,0 A/см2 и температуре 50-90 °С, термообработку проводят при 105-400 °С.Closest to the proposed invention, in technical essence and the achieved result, adopted as a prototype, is a method for producing zinc oxide (RU No. 2221748, IPC C01G 9/02, published January 20, 2004), including oxidation of metallic zinc and heat treatment, characterized in that carry out the electrochemical oxidation of metallic zinc in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of 2-5 mass. % at an alternating sinusoidal current density of industrial frequency 1.0-2.0 A / cm 2 and a temperature of 50-90 ° C, heat treatment is carried out at 105-400 ° C.
Недостатком данного способа являются высокие затраты электроэнергии на окисление металлического цинка и невозможность его применения для получения пленок оксида цинка.The disadvantage of this method is the high cost of electricity for the oxidation of zinc metal and the impossibility of its use to obtain films of zinc oxide.
Задачей заявляемого изобретения является разработка наиболее энергоэффективного и простого в аппаратном исполнении способа получения оксида цинка с высокой удельной поверхностью. The task of the invention is the development of the most energy-efficient and simple in hardware execution method for producing zinc oxide with a high specific surface area.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении плёнки оксида цинка с высокой удельной поверхностью. The technical result of the claimed invention is to obtain a zinc oxide film with a high specific surface area.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения анодных плёнок оксида цинка, включающий электрохимическое оксидирование металлического цинка в водном растворе щелочных металлов, отличающийся тем, что электрохимическое оксидирование проводится в водной растворе хлорида калия 0,1 М в потенциостатическом режиме, при температуре 25 °С и напряжении 7,5 В, в качестве анода используется цинковый электрод, полученный плавкой гранулированного цинка (99,99 %) в течении 30 минут в печи при температуре 450 °С, а в качестве катода используется платиновый электрод.The specified technical result is achieved in that the method of producing anode films of zinc oxide, including the electrochemical oxidation of metallic zinc in an aqueous solution of alkali metals, characterized in that the electrochemical oxidation is carried out in an aqueous solution of potassium chloride 0.1 M in a potentiostatic mode, at a temperature of 25 ° C and a voltage of 7.5 V, a zinc electrode obtained by melting granular zinc (99.99%) for 30 minutes in a furnace at a temperature of 450 ° C is used as an anode, and a platinum electrode is used as a cathode.
Цинковые электроды были изготовлены из гранулированного цинка квалификации «химически чистый», которые были в течение 10–15 минут расплавлены в печи в тугоплавких тиглях, закрытых крышками, при температуре 450 °С, а расплав цинка отлит в изложницы. После охлаждения изложниц цинковые слитки были извлечены, закалены и разрезаны в форме одинаковых параллелепипедов на ручном отрезном станке Labotom5 компании Struers. Завершающим этапом подготовки полученных цинковых электродов стала их шлифовка и полировка с использованием шлифовальнополировального станка Tegramin25 компании Struers при скорости вращения 200300 об/мин дисков различной зернистости (SiC, алмаз). Zinc electrodes were made of granulated zinc of the “chemically pure” qualification, which were melted in a furnace in refractory crucibles closed with lids at a temperature of 450 ° C for 10-15 minutes, and the molten zinc was cast into molds. After cooling the molds, the zinc ingots were removed, hardened and cut in the form of identical parallelepipeds on a Labotom manual cutting machine 5 Struers. The final step in the preparation of the obtained zinc electrodes was their grinding and polishing using grinding polishing machine tegramin 25 Struers at 200 300 rpm of discs of different grain sizes (SiC, diamond).
Методом электрохимического окисления металлического цинка получены анодные оксидные пленки оксида цинка в водном растворе KCl (0,1 М, 0,5 М и 1 М). В качестве анода использован цинковый электрод, в качестве катода – платиновая пластинка. Исследовано влияние концентраций растворов KCl и напряжения, подаваемого на электрохимическую ячейку, на морфологию анодных пленок ZnO и их термодинамическую устойчивость. Анализ вольт-амперных кривых с линейной разверткой потенциала и хроноамперометрических зависимостей показал, что оксидирование в 0,1 М растворе KCl при напряжении 7,5 В позволяет получать сплошные устойчивые бездефектные пленки ZnO на металлическом цинке. Anodic oxide films of zinc oxide in an aqueous KCl solution (0.1 M, 0.5 M and 1 M) were obtained by the electrochemical oxidation of metallic zinc. A zinc electrode was used as an anode, and a platinum plate was used as a cathode. The effect of the concentrations of KCl solutions and the voltage applied to the electrochemical cell on the morphology of the anode ZnO films and their thermodynamic stability is studied. Analysis of current-voltage curves with a linear potential sweep and chronoamperometric dependences showed that oxidation in a 0.1 M KCl solution at a voltage of 7.5 V allows one to obtain continuous stable defect-free ZnO films on metal zinc.
Заявляемое изобретение поясняется примерами.The claimed invention is illustrated by examples.
Пример 1.Example 1
Для определения влияния условий электрохимического синтеза оксида цинка в растворе KCl (0,1 М) на морфологию и устойчивость анодных пленок были получены хроноамперометрические зависимости (i–τ) при напряжении 7,5 В (фиг. 1), а также вольт-амперные кривые (i–U) в диапазоне потенциала от -2 до 10 В (фиг 2). Анализ вольт-амперных кривых с линейной разверткой потенциала и хроноамперометрических зависимостей показал, что оксидирование в 0,1 М растворе KCl позволяет получать сплошную анодную пленку на металлическом цинке с минимальными дефектами поверхности. При напряжении оксидирования 7,5 В наблюдался самый пологий и плавный ход кривой i–τ, что связано с появлением сплошной толстой и устойчивой пленки. Образец, помещенный в электролит при 7,5 В, обладал максимальным выходом продукта – оксида цинка ZnO, что связано с более длительным временем до пассивации и не сильно агрессивной средой. To determine the influence of the conditions of electrochemical synthesis of zinc oxide in a KCl solution (0.1 M) on the morphology and stability of the anode films, chronoamperometric dependences (i – τ) were obtained at a voltage of 7.5 V (Fig. 1), as well as current – voltage curves (i – U) in the range of potential from -2 to 10 V (FIG. 2). An analysis of current – voltage curves with a linear potential sweep and chronoamperometric dependences showed that oxidation in a 0.1 M KCl solution allows one to obtain a continuous anode film on metal zinc with minimal surface defects. At an oxidation voltage of 7.5 V, the most gentle and smooth course of the i – τ curve was observed, which is associated with the appearance of a continuous thick and stable film. The sample placed in the electrolyte at 7.5 V had the maximum yield of the product - zinc oxide ZnO, which is associated with a longer time before passivation and a not very aggressive environment.
Пример 2.Example 2
Зависимости i–τ цинкового анода в растворе KCl (0,1 М) при напряжениях оксидирования 5 В и 10 В приведены на фиг. 1. На хроноамперометрической зависимости при 5 В наблюдается максимум в момент времени τ max = 13 мин, который свидетельствует об образовании сплошной пленки на поверхности анода. Вид зависимости во всем временном диапазоне плавный, без явных перегибов до и после максимума. Менее пологий ход кривой i–τ по сравнению с аналогичной кривой, полученной при 7,5 В, указывает на меньшую устойчивость образовавшейся оксидной пленки в электролите, что в свою очередь отрицательно сказывается на морфологии пленки. The dependences of the i – τ of the zinc anode in a KCl solution (0.1 M) at oxidation voltages of 5 V and 10 V are shown in FIG. 1. In the chronoamperometric dependence at 5 V, a maximum is observed at the time instant τ max = 13 min, which indicates the formation of a continuous film on the surface of the anode. The type of dependence in the entire time range is smooth, without obvious kinks before and after the maximum. A shorter course of the i – τ curve compared to the similar curve obtained at 7.5 V indicates a lower stability of the formed oxide film in the electrolyte, which in turn negatively affects the morphology of the film.
При увеличении напряжения до 10 В электролит проявляет более агрессивные свойства, что выражается в получении дефектной оксидной пленки на поверхности цинка.When the voltage increases to 10 V, the electrolyte exhibits more aggressive properties, which is reflected in the receipt of a defective oxide film on the surface of zinc.
Пример 3.Example 3
Напряжение 7,5 В лучшим образом сказывалось на морфологии поверхности пленки оксида цинка ZnO. В растворах KCl 0,1 М и 0,5 М пленки оксида цинка были получены практически без дефектов. Учитывая, что для приготовления 0,1 М раствора электролита требуется меньший расход KCl, следует заключить, что образование сплошной устойчивой бездефектной пленки проходит в 0,1 M растворе KCl в потенциостатическом режиме при напряжении 7,5 В. The voltage of 7.5 V had the best effect on the surface morphology of the ZnO zinc oxide film. In KCl solutions, 0.1 M and 0.5 M zinc oxide films were obtained practically without defects. Given that the preparation of a 0.1 M electrolyte solution requires a lower consumption of KCl, it should be concluded that the formation of a continuous stable defect-free film takes place in a 0.1 M KCl solution in a potentiostatic mode at a voltage of 7.5 V.
В таблице 1 представлено влияние концентрации электролита (хлорида калия) и напряжения оксидирования на качество образующейся пленки оксида цинка.Table 1 shows the effect of the concentration of electrolyte (potassium chloride) and oxidation voltage on the quality of the resulting zinc oxide film.
Таблица 1 – Влияние концентрации электролита и напряжения оксидирования на качество образующейся пленки оксида цинкаTable 1 - Effect of electrolyte concentration and oxidation voltage on the quality of the resulting zinc oxide film
Анализ вольт-амперных кривых с линейной разверткой потенциала и хроноамперометрических зависимостей показал, что оксидирование в 0,1 М растворе KCl позволяет получать сплошную устойчивую анодную пленку на металлическом цинке с минимальными дефектами поверхности. При этом практически отсутствует процесс растворения полученной оксидной пленки.An analysis of current – voltage curves with a linear potential sweep and chronoamperometric dependences showed that oxidation in a 0.1 M KCl solution allows one to obtain a continuous stable anode film on metal zinc with minimal surface defects. In this case, there is practically no process of dissolution of the obtained oxide film.
Приведённые примеры демонстрируют, что напряжение оксидирования 7,5 В лучшим образом сказывается на морфологии поверхности пленки. В 0,1 М и 0,5 М растворах KCl пленки оксида цинка были получены практически без дефектов. Поскольку для приготовления 0,1 М раствора электролита требуется меньший расход KCl, следует заключить, что образование сплошной устойчивой бездефектной пленки оксида цинка проходит в 0,1 M растворе KCl в потенциостатическом режиме при напряжении 7,5 В.The above examples demonstrate that the oxidation voltage of 7.5 V has the best effect on the morphology of the film surface. In 0.1 M and 0.5 M KCl solutions, zinc oxide films were obtained with virtually no defects. Since a lower consumption of KCl is required to prepare a 0.1 M electrolyte solution, it should be concluded that the formation of a continuous stable defect-free zinc oxide film takes place in a 0.1 M KCl solution in the potentiostatic mode at a voltage of 7.5 V.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112112A RU2723629C1 (en) | 2020-03-25 | 2020-03-25 | Method of producing anode films of zinc oxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112112A RU2723629C1 (en) | 2020-03-25 | 2020-03-25 | Method of producing anode films of zinc oxide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2723629C1 true RU2723629C1 (en) | 2020-06-17 |
Family
ID=71096037
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020112112A RU2723629C1 (en) | 2020-03-25 | 2020-03-25 | Method of producing anode films of zinc oxide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2723629C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08217443A (en) * | 1995-02-13 | 1996-08-27 | Osaka City | Electrolytic solution for making zinc oxide film |
UA86623C2 (en) * | 2006-12-26 | 2009-05-12 | Черновецкий Национальный Университет Имени Юрия Федьковича | Process of deposition of zinc oxide thin films |
RU2411187C1 (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" | Composition for making thin films based on system of double oxides of zirconium and zinc |
CN110205634A (en) * | 2019-05-24 | 2019-09-06 | 中山大学 | A kind of ZnO/ZnS/CdS photo-anode film and preparation method thereof |
-
2020
- 2020-03-25 RU RU2020112112A patent/RU2723629C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08217443A (en) * | 1995-02-13 | 1996-08-27 | Osaka City | Electrolytic solution for making zinc oxide film |
UA86623C2 (en) * | 2006-12-26 | 2009-05-12 | Черновецкий Национальный Университет Имени Юрия Федьковича | Process of deposition of zinc oxide thin films |
RU2411187C1 (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" | Composition for making thin films based on system of double oxides of zirconium and zinc |
CN110205634A (en) * | 2019-05-24 | 2019-09-06 | 中山大学 | A kind of ZnO/ZnS/CdS photo-anode film and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yan et al. | A study on the performance of IrO2–Ta2O5 coated anodes with surface treated Ti substrates | |
WO2013031508A1 (en) | Lithium-ion conductive glass ceramic and method for producing same | |
JPH0313318B2 (en) | ||
JP3273294B2 (en) | Electrolyte for zinc oxide film production | |
KR20130051445A (en) | Method for stripping nitride coatings | |
Zhuk et al. | Silicon electrodeposition from chloride–fluoride melts containing K2SiF6 and SiO2 | |
RU2723629C1 (en) | Method of producing anode films of zinc oxide | |
Kuznetsova et al. | Voltammetric study of electroreduction of silicon complexes in a chloride-fluoride melt | |
Zhang et al. | Formation and oxidation behavior of TiO2 modified Al2O3-Nb2O5/NbAl3 composite coating prepared by two-step methods | |
TWI392772B (en) | Method of reactivating electrode for electrolysis | |
CN106544627B (en) | A kind of thermophilic corrosion-resistance composite coating and preparation method thereof | |
CN102925851A (en) | Two-section gas nitridation method for surfaces of aluminum and aluminum alloy | |
RU2491374C1 (en) | Electrochemical method of obtaining continuous layers of silicon | |
Marenkova et al. | Electrodeposition of tantalum coatings for corrosion protection of nitinol articles | |
CN102943231A (en) | Surface three-step nitridation method of aluminium and aluminium alloy | |
CN112981467B (en) | Method for reducing carbon pollution in molten salt electrolysis process | |
Topor et al. | Molybdenum carbide coatings electrodeposited from molten fluoride bath: preparation of a coherent coating | |
CN114695951A (en) | Preparation method of composite solid electrolyte | |
JP2015046359A (en) | Method for manufacturing lithium ion-conducting glass ceramic, lithium ion-conducting glass ceramic, solid electrolyte, and lithium ion secondary battery | |
JP4756132B2 (en) | Carbonaceous film and method for producing the same | |
Chernyshev et al. | Molybdenum electrodeposition in NaCl–KCl–MoCl3 melt using pulse electrolysis | |
RU2121532C1 (en) | Method of electroplating with refractory metal | |
JPH06272054A (en) | Substrate for forming organic thin film and its production | |
SU1624052A1 (en) | Method for obtaining of iron carbide coatings | |
Chernyshev et al. | Formation of Thin Rhenium Films on Nickel Plate by Its Chloride Electrolysis |