مطالعه سينتيك رسوب الكتروشيميايي آلياژ كبالت – نيكل نانوكريستالي به صورت لايه نازك در محلول سولفاتي

A Study on the Kinetic of the Electrodeposited Thin Films of Nano Crystalline Co-Ni Alloy Sulfate Solution

در اين تحقيق، از روش‌هاي الكتروشيميايي مانند ولتامتري سيكلي، كرنوآمپرومتري و كرنوپتانسيومتري براي مطالعه مكانيزم جوانه‌زني و رشد رسوب نانوكريستالي آلياژ كبالت- نيكل به صورت لايه نازك در حمام اسيدي – سولفاتي استفاده گرديد. نتايج آزمايشات نشان داده كه سينتيك رسوبات آلياژ كبالت – نيكل تحت كنترل ديفوزيون بوده و از فرآيند جوانه‌زني و رشد پيروي مي‌كند. پتانسيل احياء در حالت آلياژي نسبت به رسوب‌دهي اجزا خالص به پتانسيل كاتدي‌تر منتقل مي‌شود. مكانيزم جوانه‌زني در اين سري آلياژ‌ها از نوع لحظه‌اي و سه بعدي (3D) بوده و ميزان جوانه‌هاي اوليه با افزايش اورپتانسيل كاتدي و يا افزايش يون‌هاي فلزي در حمام زياد مي‌شود. اضافه نمودن سولفات نيكل به محلول كبالت، تعداد محل‌هاي جوانه‌زني را افزايش داده و بنابراين سرعت جوانه‌زني آلياژ كبالت – نيكل را زياد مي‌نمايد. همچنين بررسي‌هاي ميكروسكوپ نيرو‌ اتمي (AFM) نشان داده كه در رسوب اين گروه از عناصر به صورت لايه‌هاي نازك محتوي نانوكريستال‌هاي كبالت – نيكل ايجاد شده و مورفولوژي سطح از يك ساختار با جوانه‌هاي كروي و با اندازه مساوي تشكيل شده است. در تغيير از حالت رسوب‌دهي اجزا خالص به آلياژي، افزايش اندازه دانه‌ها و تغيير ساختار از حالت كروي به هم¬پوشاني لايه – لايه مي‌باشد.

In this research, electrodeposition of nanocrystalline Ni-Co alloys thin films was studied by electrochemical techniques. Cyclic voltammetry and current transient measurements were used to characterize the Co-Ni system in order to obtain the nucleation and growth mechanism. The cyclic voltammetry results clearly showed that electrodeposition of cobalt, nickel and Co-Ni alloy is diffusion-controlled process with a typical nucleation mechanism. The redox potentials of the Co and Ni are shifted to more cathodic potentials in the Co Ni alloy system. In addition, the current transients revealed that nucleation mechanism is instantaneous with a typical three-dimensional (3D) nucleation and growth process. The number of nucleation sites is increased with the overpotential and nickel or cobalt concentration. It was found that addition of nickel sulfate to cobalt solution, resulted in increasing the number of nucleation sites and therefore the nucleation rate of the Co-Ni alloy system is increased. However, AFM analysis showed that alloying cobalt thin films with nickel changed the mierostructure. In this condition, a large number of equally sized spherical grains are observed in single cobalt deposits, while the rectangular particles are deposited in the Co-Ni alloy system as layer-by-layer deposition.