Преимущества метода электрофоретического осаждения
Минобрнауки России
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский университет
«Московский институт электронной техники»
Институт перспективных материалов и технологий
Королев Павел Андреевич
Бакалаврская работа
по направлению 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов»
«Исследование особенностей процесса формирования термитного материала Al-CuOx-CNT методом электрофоретического осаждения»
Студент Королев П. А.
Научный руководитель,
Ассистент института ПМТ, к.т.н. Лебедев Е.А.
Москва 2018
АННОТАЦИЯ
Благодаря сильному интересу к термитным материалам со стороны исследователей, появляются новые способы их получения. В настоящее время становится популярным метод электрофоретического осаждения за счет своей простоты и недорогого оборудования. Данный метод недостаточно хорошо исследован. На сегодняшний день его разработка является актуальной задачей.
В данной работе исследованы особенности процесса формирования термитного материала Al-CuOx-CNT методом электрофоретического осаждения. Были получены термитные материалы для дальнейшего их использования в микроэлектронике в качестве инициатора вторичных реакций. Кроме того, выявлена некая зависимость по полученным результатам, сделаны общие выводы. А также проведена видеосъемка горения полученного термитного материала.
|
|
|
Все эксперименты проводились на базе НИУ МИЭТ. Во время проведения экспериментов особое внимание уделялось технике безопасности и охране труда. Результаты работы являются достоверными и независимыми. Юридические и этические права коммерческих организаций не нарушены.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР………………………………………………………..5
1.1 Преимущества метода электрофоретического осаждения………………………..6
1.2 Факторы, влияющие на процесс электрофоретического осаждения…………….8
1.2.1 Размер частиц………………………………………………………………….8
1.2.2 Проводимость суспензии……………………………………………………10
1.2.3 Стабильность суспензии…………………………………………………….10
1.3 Параметры, связанные с процессом……………………………………………….11
1.3.1 Влияние времени осаждения………………………………………………..11
1.3.2 Приложенное напряжение…………………………………………………..12
|
|
|
1.3.3 Плотность суспензии………………………………………………………...14
1.4 Кинетика электрофоретического осаждения……………………………………...15
1.5 Термитные смеси……………………………………………………………………16
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………………...20
2.1 Электрофоретическая ячейка………………………………………………………21
2.2 Подготовка образцов………………………………………………………………..22
2.3 Подготовка суспензии………………………………………………………………23
2.4 Проведение процесса электрофоретического осаждения………………………..24
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………..27
3.1 Экспериментальное исследование процесса осаждения с составом Al-CuOx…..28
3.2 Экспериментальное исследование процесса осаждения с составом Al-CuOx-CNT………………………………………………………………………………….30
3.3 Выводы……………………………………………………………………………....39
Заключение……………………………………………………………………………………40
Список литературы…………………………………………………………………………...41
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время активно исследуются термитные материалы для различных применений в микро и наноэлектронике. К термитным материалам относятся материалы, способные поддерживать в своем объеме самораспространяющуюся высоко экзотермическую химическую реакцию.
|
|
|
Благодаря сильному интересу исследователей к термитным материалам необычайно быстро появляются новые типы и способы их получения. В последнее время термитные материалы стали получать электрофоретическим способом, который является гибким и простым.
В технологии электрофоретического осаждения термитных материалов, исходным материалом являются наноразмерные порошки алюминия, никеля, оксида железа и меди, которые считаются доступными, экологически безопасными и относительно недорогими. Сам процесс электрофореза не требует дорогостоящего или уникального оборудования и характеризуется высокой скоростью осаждения по сравнению с технологией получения многослойных структур. На сегодняшний день метод электрофоретического осаждения недостаточно хорошо исследован, поэтому его разработка и исследование являются актуальной задачей.
Наибольший интерес представляют термитные смеси Al-Ni и Al-CuOx. Плюс первого соединения в том, что горит оно практически без газового выделения. С другой стороны у Al-CuOx не возникает проблем с инициацией воспламенения. Однако скорость распространения фронта реакции слишком высока. Чтобы ее снизить, можно добавить углеродные нанотрубки (CNT), что и будет продемонстрировано в данной работе. Также углеродные нанотрубки обеспечивают механическую прочность слоя.
|
|
|
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
В последнее время в микроэлектронике набирает популярность метод электрофоретического осаждения [1]. Простота в проведении процесса, не требующего дорогостоящего оборудования, повышает интерес к данному методу со стороны исследователей со всего мира. Электрофоретическое осаждение известно с 1808 года, когда русский ученый Руэсс заметил движение частиц глины в воде, вызванное электрическим полем. Но первое практическое применение методов произошло в 1933 году, когда в США было запатентовано нанесение частиц тория на платиновый катод в качестве излучателя для применения в электронных трубках. Несмотря на то, что основные явления, связанные с методом электрофоретического осаждения, хорошо известны и были предметом обширных теоретических и экспериментальных исследований,этот процесс получил широкое распространение лишь в 1980-х годах [2]. В научном сообществе существует общее согласие в отношении того, что дальнейшая Научно-исследовательская работа должна быть проведена для выработки полного количественного понимания фундаментальных механизмов электрофореза с целью оптимизации рабочих параметров для более широкого использования метода при обработке материалов.
Преимущества метода электрофоретического осаждения
Электрофоретическое осаждение имеет некоторые преимущества по сравнению с другими методами. Так, например, процесс очень разносторонен в виду того, что его можно использовать с подложками разной формы. Осаждение можно сделать на плоской, цилиндрической или любой другой подложке с небольшим изменением в расположении электродов. Кроме того, во время проведения процесса есть возможность изменять такие параметры, как количество циклов осаждения, время осаждения, напряжение. Заряженные частицы нанопорошка, диспергированные или взвешенные в жидкой среде, притягиваются и осаждаются на проводящую подложку противоположного заряда при приложении постоянного тока. Термин "электроосаждение" часто используется несколько двусмысленно для обозначения либо электролитического, либо электрофоретического осаждения, хотя он чаще относится к первому. В таблице 1.1 представлены различия между двумя процессами [3].
Таблица 1.1 – Сравнение методов электроосаждения
| Свойства | Электролитическое осаждение | Электрофоретическое осаждение |
| Движущиеся частицы | Ионы | Твердые частицы |
| Требуемая проводимость жидкой среды | Высокая | Низкая |
| Раствор | Вода | Органика |
Основное различие между процессом электрофоретического осаждения и процессом электролитического осаждения заключается в том, что первый основан на суспензии частиц в растворителе, а второй основан на растворе солей, т. е. ионных видов [4]. Существует два типа электрофоретического осаждения в зависимости от того, на каком электроде происходит осаждение. Когда частицы положительно заряжены, осаждение происходит на катоде, и процесс называется катодным электрофоретическим осаждением. Осаждение отрицательно заряженных частиц на положительный электрод (анод) называется анодным электрофоретическим осаждением. На рисунке 1.1 представлена схематическая иллюстрация двух процессов электрофоретического осаждения.
а б
Рисунок 1.1 – Схематическая иллюстрация процесса электрофоретического осаждения: а) катодный процесс; б) анодный процесс
Что касается технологического применения, то потенциал электрофоретического осаждения как метода обработки материалов все шире признается учеными и технологами. Основной движущей силой электрофоретического осаждения является заряд на частице и электрофоретическая подвижность частиц в растворителе под действием приложенного электрического поля [5]. Единственный недостаток метода электрофоретического осаждения по сравнению с другими коллоидными процессами – невозможность использования воды в качестве растворителя, так как она плохо влияет на процесс осаждения. Однако многообразие растворителей делает данный недостаток несущественным.
Таким образом, метод электрофоретического осаждения является наиболее удобным, простым в исполнении и относительно недорогим по сравнению с другими методами электроосаждения такими, как например, электролитическое осаждение.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 439; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!