現(xiàn)代功能性鍍層

內(nèi)容簡介

本書是《實用電鍍技術(shù)叢書》(第二版)之一。它著重介紹利用電鍍和化學鍍制備各種功能性鍍層，其中包括納米多層膜、顆粒膜，納米線及多層線(陣列)等，它們具有巨磁電阻、超高磁記錄密度和光電響應(yīng)等特性。共分八章，內(nèi)容包括：耐腐蝕性鍍層，耐磨、減摩鍍層，高溫抗氧化鍍層，磁性鍍層，抗菌鍍層，具有光學性能的鍍層，電接觸鍍層和具有催化活性的鍍層。書中較詳細地介紹了這些鍍層的制備工藝、性能及其應(yīng)用，有的還對特殊功能的作用機制進行了討論。

本書適合于從事電化學和材料科學工作的科技人員使用，也可以作為相關(guān)專業(yè)的大學生、研究生和電鍍工作者的參考書。

前 言

近年來隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是電子工業(yè)的不斷進步，現(xiàn)代工業(yè)對電鍍或化學鍍鍍層的性質(zhì)和功能，提出越來越多與傳統(tǒng)裝飾性、防護性鍍層不同的要求，有些要求是十分苛刻的。

為了滿足這種需求，在原有電鍍和化學鍍的基礎(chǔ)上，涌現(xiàn)出許多合金鍍層(包括非晶及納米晶鍍層)、復合鍍層、納米多層膜及納米顆粒膜等功能性鍍層。特別是進入21世紀以來，隨著納米科學與技術(shù)的飛速發(fā)展，電鍍和化學鍍已成為制備納米材料的重要方法之一。例如，人們利用AAO模板，在納米孔內(nèi)電沉積金屬或半導體，可獲得各種金屬納米線、多層納米線及半導體納米線(陣列)等。這些納米材料具有超高磁記錄密度、巨磁電阻和光電響應(yīng)等特性，成為制作微納米器件的主要材料。為此，將國內(nèi)外發(fā)展較快、工業(yè)應(yīng)用意義重大以及近年發(fā)展起來的前沿電鍍技術(shù)和功能鍍層，并結(jié)合作者多年的科研工作撰寫成書，希望能夠?qū)ψx者有參考價值。

本書在撰寫過程中參閱和引用了大量國內(nèi)外文獻，有些內(nèi)容所涉及的技術(shù)已經(jīng)得到實際的應(yīng)用，而有些內(nèi)容特別是有關(guān)納米材料和技術(shù)的還處于研究階段，雖然尚未普遍應(yīng)用于生產(chǎn)實際，但卻有著重要的應(yīng)用前景，所以也用了較大篇幅予以介紹。

功能鍍層的制作方法分為干法和濕法兩種，干法是指物理方法和物理化學方法，如真空蒸鍍法、離子注入法、CVD和等離子體技術(shù)等;濕法包括電鍍、化學鍍、熔融鹽電鍍和鋁陽極氧化等。本書只介紹用電化學方法即電鍍和化學鍍法制備的功能性鍍層。

本書共分八章，包括耐腐蝕性鍍層，耐磨、減摩鍍層，高溫抗氧化鍍層，磁性鍍層，抗菌鍍層，具有光學性能的鍍層，電接觸鍍層，具有催化活性的鍍層;其中第一章、第三章、第四章、第五章、第六章、第七章由姚素薇編寫，第二章由王宏智編寫，第八章由張衛(wèi)國編寫。

書中的許多內(nèi)容是本研究室的教師和研究生多年來共同完成的科研成果;其他部分是國內(nèi)、外同仁的研究成果。如果本書對讀者的工作有所助益，我們首先應(yīng)該感謝各章所列文獻的作者們。同時還要感謝化學工業(yè)出版社對本書給予的關(guān)切和辛勤勞動。

此外，在本書編寫的過程中，本室的研究生在資料搜集和整理方面做了大量的工作，在此一并對他們表示感謝。

本書涉及學科范圍較廣，盡管我們做了許多努力，但受專業(yè)面限制，書中定會存在許多不妥之處，希望專家和讀者不吝指正。

目錄

第一章耐腐蝕性鍍層1

第一節(jié)金屬腐蝕與測試方法1

一、金屬鍍層的腐蝕1

二、金屬腐蝕的測試方法2

第二節(jié)非晶態(tài)合金鍍層10

一、非晶態(tài)鍍層的結(jié)構(gòu)特點10

二、非晶態(tài)電鍍的種類14

三、電鍍法制備非晶材料的優(yōu)點15

第三節(jié)NiP合金鍍層的性能及其應(yīng)用15

一、NiP合金的發(fā)展狀況15

二、NiP合金鍍層的優(yōu)良性能19

第四節(jié)化學鍍非晶態(tài)NiP合金30

一、化學鍍鎳液的工藝配方及工藝流程30

二、化學鍍鎳液的組成和各成分的作用31

三、化學鍍鎳液的使用壽命和維護35

第五節(jié)電鍍NiW非晶態(tài)合金36

一、NiW非晶態(tài)合金的耐腐蝕性能37

二、NiW非晶態(tài)合金的制備43

三、NiW電沉積過程與反應(yīng)機理48

第六節(jié)電鍍NiWP非晶態(tài)合金鍍層49

一、NiWP非晶態(tài)合金的制備方法50

二、NiWP非晶態(tài)合金的腐蝕行為54

第七節(jié)FeW非晶態(tài)鍍層的制備及其耐腐蝕性能56

一、電鍍FeW非晶態(tài)鍍層56

二、FeW非晶態(tài)鍍層的腐蝕行為與耐腐蝕機理57

參考文獻67

第二章耐磨減摩鍍層69

第一節(jié)電鍍耐磨性鍍層69

一、概述69

二、鎳基耐磨復合鍍層70

三、鈷基耐磨鍍層85

四、鉻基耐磨復合鍍層90

第二節(jié)化學鍍耐磨復合鍍層93

第三節(jié)自潤滑鍍層98

一、概述98

二、電鍍Ni/PTFE復合鍍層99

三、化學鍍自潤滑復合鍍層104

參考文獻109

第三章電鍍耐高溫抗氧化鍍層112

第一節(jié)電沉積Ni/ZrO2梯度功能鍍層112

一、梯度功能鍍層112

二、電沉積Ni/ZrO2梯度功能鍍層114

三、Ni/ZrO2梯度鍍層的高溫抗氧化性能116

四、Ni/ZrO2梯度鍍層的韌性及延展性研究121

第二節(jié)電鍍NiW合金梯度鍍層126

第三節(jié)非晶態(tài)NiP與NiW合金鍍層的高溫氧化性能133

一、化學鍍非晶態(tài)NiP合金鍍層的高溫氧化性能133

二、非晶態(tài)NiW合金鍍層的高溫氧化性能136

三、電刷鍍NiW合金鍍層及耐高溫與高溫磨損特性137

第四節(jié)金屬/陶瓷微粒復合鍍層的高溫氧化性能141

一、Ni/SiC納米復合鍍層耐高溫氧化性能141

二、NiW/ZrO2納米復合鍍層141

三、脈沖法制備RENiWP/SiC復合鍍層的抗高溫氧化性能144

參考文獻149

第四章磁性鍍層150

第一節(jié)緒論150

一、概述150

二、電鍍磁記錄介質(zhì)材料153

三、電鍍納米磁性材料155

四、在磁頭材料中的應(yīng)用162

第二節(jié)磁學基礎(chǔ)知識164

一、物質(zhì)的磁性164

二、磁性材料的分類168

三、磁記錄原理和磁記錄材料169

四、磁致電阻效應(yīng)172

第三節(jié)電鍍巨磁電阻材料——納米金屬多層膜173

一、Cu/Co納米金屬多層膜的制備174

二、Ni80Fe20/Cu納米金屬多層膜的制備183

第四節(jié)電鍍納米金屬顆粒膜188

一、電鍍納米金屬顆粒膜189

二、納米金屬顆粒膜的X射線衍射分析(XRD)190

三、納米金屬顆粒膜的透射電鏡分析(TEM)191

四、Co含量對巨磁電阻效應(yīng)的影響192

五、退火溫度對巨磁電阻效應(yīng)的影響193

六、顆粒膜樣品的磁性能194

第五節(jié)高度有序鋁陽極氧化膜——AAO模板196

一、概述196

二、高度有序鋁陽極氧化膜——AAO模板的制備工藝198

三、多孔鋁陽極氧化膜(AAO模板)的表征201

四、納米孔的自組織過程203

五、AAO模板的納米力學性能研究206

六、AAO模板的實際應(yīng)用207

第六節(jié)高度有序納米線(棒)陣列的電沉積方法208

一、模板電沉積法制備一維納米材料208

二、Co/Cu納米多層線(陣列)的制備208

三、多層納米線的應(yīng)用217

第七節(jié)電鍍巨磁電阻材料——自旋閥多層膜[Ni80Fe20/Cu/Co/Cu]n218

一、[Ni80Fe20/Cu/Co/Cu]n自旋閥多層膜的制備219

二、自旋閥多層膜的XRD表征221

三、自旋閥多層膜的磁性能223

第八節(jié)電沉積一維巨磁電阻材料——自旋閥納米

多層線[Ni80Fe20/Cu/Co/Cu]n227

一、[Ni80Fe20/Cu/Co/Cu]n自旋閥多層線的制備228

二、[Ni80Fe20/Cu/Co/Cu]n納米多層線的表征230

三、[Ni80Fe20/Cu/Co/Cu]n納米多層線的巨磁電阻性能234

第九節(jié)磁光記錄鍍層238

一、第一代磁光記錄介質(zhì)——稀土過渡族金屬(RETM)非晶態(tài)合金薄膜238

二、第二代磁光記錄介質(zhì)——Pt(Pb)/Co超晶格多層膜239

三、超高密度磁光記錄介質(zhì)——納米線陣列240

參考文獻241

第五章抗菌鍍層245第一節(jié)緒論245

一、引言245

二、表面抗菌處理技術(shù)249

第二節(jié)抗菌鋁陽極氧化膜253

一、鋁陽極氧化多孔膜的制備253

二、電沉積Cu的抗菌鋁陽極氧化膜254

三、電沉積銀的抗菌鋁陽極氧化膜257

第三節(jié)Ni與NiP基抗菌復合鍍層259

一、NiP/(載Ni2+白炭黑)復合鍍層259

二、NiP/載銀沸石復合鍍層及抗菌性能262

第四節(jié)Ni/TiO2與NiP/TiO2復合鍍層及其抗菌性能265

一、Ni/TiO2復合鍍層的制備及抗菌性能265

二、NiP/TiO2復合鍍層的制備269

參考文獻271

第六章具有光學性能的鍍層274

第一節(jié)基礎(chǔ)知識274

一、半導體的能級結(jié)構(gòu)與導電性能274

二、半導體的pn結(jié)276

三、光電效應(yīng)277

四、半導體/電解質(zhì)溶液界面處空間電荷的形成和能帶彎曲278

五、半導體/溶液界面光生電壓的產(chǎn)生280

第二節(jié)具有光學特性薄膜鍍層簡介281

一、光反射鍍層281

二、防光反射鍍層(增透膜)281

三、光的選擇性吸收鍍層282

四、具有光電響應(yīng)特性的薄膜鍍層283

第三節(jié)具有光電響應(yīng)特性薄膜鍍層的制備及應(yīng)用286

一、高度有序鋁陽極氧化膜(AAO)的應(yīng)用287

二、二氧化鈦納米管陣列電極290

三、模板合成法制備光電轉(zhuǎn)化薄膜及其光電性能302

四、模板合成光致發(fā)光納米材料——氧化鋅納米線陣列306

五、光(電)催化析氫電極材料313

參考文獻315

第七章電接觸鍍層320

第一節(jié)概述320

一、電接觸材料的發(fā)展概況320

二、電接觸與電接觸材料321

三、電接觸材料的性能322

四、接觸電阻323

第二節(jié)電接觸鍍層326

一、鉑基電接觸鍍層327

二、金基電接觸鍍層329

三、銀基電接觸鍍層337

四、展望356

參考文獻357

第八章具有催化活性的鍍層359

第一節(jié)電催化析氫和光電催化析氫電極材料359

一、引言359

二、具有電催化析氫活性的鍍層365

第二節(jié)鎳基合金析氫活性陰極367

一、NiS合金催化析氫電極367

二、NiMo合金催化析氫電極371

三、NiWP合金催化析氫電極375

四、復合型析氫活性陰極380

第三節(jié)光(電)催化析氫電極材料389

一、金屬/半導體納米微粒復合電極及其光(電)催化析氫性能389

二、半導體上沉積納米金屬鍍層及其光電催化析氫性能395

三、半導體修飾納米金屬鍍層及其光電催化析氫性能404

第四節(jié)具有析氧催化活性的鍍層410

一、具有析氧催化活性的電極410

二、析氧反應(yīng)的機理研究415

參考文獻417

讀者對象

本書適合于從事電化學和材料科學工作的科技人員使用，也可以作為相關(guān)專業(yè)的大學生、研究生和電鍍工作者的參考書。