基底的平整度对电化学制备BaMO04薄膜成核速率的影响

基底的平整度对电化学制备BaM 〇04薄膜
成核速率的影响
安红娜1陈连平2韩文静1
(1•绵阳职业技术学院，四川绵阳621000;2.江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州341000)
摘要:在金属片Mo 上用恒电流电化学技术制备了从薄膜开始成核到生长结束不同时间的BaMo 04晶态薄膜, 并利用SEM 、XRD 等相关测试手段，对这些薄膜进行测试分析，结果发现，在相同的制备条件下,在薄膜生长的 开始阶段，由于基底不平整(折叠、划痕、缺陷、凹凸不平)的位置电流密度要比平整处大，使得该处基片的溶解速 率加快,形成的有利生长基元的数目就较多，故导致基底上不平整的位置BaM 〇04薄膜成核速率就大。

关键词：电化学技术;BaMoO *薄膜;有利生长基元;成核速率
中图分类号:TB 383.2 文献标识码:A 文章编号：1003-5168(2016)03-0136-02
河南科技•创新驱动、
.................................................>Effect of Substrate Flatness on the Nucleation Rate of BaMo04
Thin Films Prepared by Electrochemical Method An Hongna 1 Chen Lianping 2 Han Wenjing 1
(l.Mianyang Vocational and Technical College,Mianyang Sichuan 621000;
2.School of Materials Science and Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou Jiangxi 341000)Abstract ： Barium molybdate (BaMo 04) thin films with scheelite-structure were prepared
direcdy on metal
molybdenum substrates by using constant current electrochemical technique , and were tested by using SEM ,
XRD et al . It was found that
the electrical current density at the coarse places of the substrates was high ­er than the smooth places , the number of the favorable growth units was more , so the nucleation velocity was faster .
Keywords ： electrochemical technique ;BaMo 04 thin film;the favorable growth units;nucleation velocity 随着薄膜材料的兴起，白钨矿结构的钼酸盐材料由 于其特殊的发光性而受到广泛关注[1]，将其制备成薄膜 已成为热点。

但传统的制备方法需要在高温下对薄膜进
行晶化,不易控制薄膜的质量。

而电化学技术可以在室 温下通过电化学反应获得多晶薄膜，其操作简单,过程可 控。

因此，很多研究组都对电化学方法制备BaM 〇04晶态 薄膜的工艺过程及生长习性进行了相关的报道[2_4]。

该文笔者直接在金属Mo 上用恒电流电化学技术制 备了开始成核到生长结束的BaM 〇04薄膜,并进行SEM 、 XRD 等相关测试，重点分析了衬底的平整度对其成核速 率的影响,该结果对了解BaM 〇04薄膜的初期生长特性具有重要的意义。

1钼酸盐晶态薄膜的制备
1.1基底的预处理
将大小为30mmx 15mm 的金属钼片经过砂纸粗磨，用乙 醇擦洗和去离子水冲洗,然后在强碱溶液中超声清洗，再 在煮沸的去离子水中清洗，最后取出钼片并干燥。

1.2薄膜的制备
薄膜的制备方法为恒电流电化学技术，其工作电极用预 处理过的钼片,辅助电极用初步处理过的金属钼片。

电 解质溶液为lOOmL 经过过滤不含氧气的浓度为O .lmol/L
收稿日期= 2016-02-25
基金项目：院级科研项目（ZRYJ 1505)。

作者简介:安红娜（1982-),女，颂士，讲师,研究方向:介电功能材料与应用。

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的Ba(OH)2溶液。

在室温下进行反应，电流密度为1mA/ cm2,工作电极和辅助电极之间的距离为2cm左右。

反应
时间从薄膜开始成核到生长结束。

2结果与分析
2.1 BaM〇04薄膜晶相分析
图1分别给出了生长完整的BaMo04薄膜的XRD图谱。

通过与标准卡片对比分析得出，这种薄膜具有四方 相结构，没有其他杂相出现。

图2制备时间为10s的B a M〇04薄膜S E M照片
2.2基底的平整度对BaM〇04薄膜成核速率的影响
图2给出了制备时间为10s的BaM〇04晶态薄膜SEM 照片。

由图2可知，薄膜开始成核生长时,晶核和晶粒主 要集中在基底不平整(折叠、划痕、缺陷、凹凸不平)的位置 生长，即在基底不平整的地方BaMo04薄膜成核速率要大。

经过分析发现，在一定的条件下，利用恒电流电化学 技术制备BaM〇04薄膜时，对于同一个基底，当电流强度 不变时，不同的位置电流密度是不同的。

其大小与截面 元dS的法线n与电流方向成的0角有关[6]。

图3给出了 界面元dS的电流密度示意图，由图3可知,0角越大，则该 截面元上的电流密度也越大。

很明显在基底不平整的位 置，其截面元dS的法线n与电流方向成的0角要比平坦 处的大。

因此，基底不平整的位置其电流密度要大些。

此外，在1?^〇04薄膜生长过程中，基底发生电化学 反应,不断溶解形成[M〇04f离子[3]，而电极(基底)反应速率与电流密度是正比的关系[7]。

因此，在基底不平整的
位置，生成的[M〇04]2-多。

在BaM〇04晶体中，[M o04]2-以Mo-〇4负离子配位多面体的形式存在,Mo-〇4为钼酸钡的
基本结构单元分布在阳离子Ba2+的周围。

负离子配位体 Mo-04与阳离子Ba2+之间相互作用,结合生成离子数和几
何构型不同的生长基元。

并不是所有的生长基元都可以
生长成为晶核,对于同一个生长体系，当稳定能超过临界
值的有利基元才能成为晶核。

而生长基元的稳定能与生
长基元的多重数成正比，多重数又与基本结构单元Mo-
〇4的量有关，即在电流密度的越大的位置,电极反应速率
越大，Mo-04越多，则生长基兀的稳定能越大，它在体系
中出现的概率越大,则单位体积中有利基元的数目也越
大。

当外界条件不变时,在同一个生长体系中，成核速率
仅与单位体积中所含的有利基元数有关。

故单位体积中
生成的有利基元数目越大，成核速率就越大。

能源与化学II
图3截面元d S的电流密度示意图
3结论
采用恒电流电化学技术直接在金属片Mo上制备了从
薄膜开始生长到生长结束不同时间的BaM〇04晶态薄膜，
利用SEM、XRD等相关测试手段，对这些薄膜进行测试分
析。

结果发现,在相同的制备条件下，利用恒电流电化学
技术制备BaMo04薄膜时，基底不平整(折叠、划痕、缺陷、
凹凸不平)的位置电流密度要比平整处大，使得该处基片
的溶解速率加快,形成的有利生长基元的数目就较多，故
导致基底上不平整的位置BaM〇04薄膜成核速率就大。

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