Wpływ związków powierzchniowo-czynnych na proces katodowego współosadzania miedzi i nanorurek węglowych

• Autorzy: Rudnik E. , Gach M. , Włoch G.

Identyfikatory

DOI

10.15 199/67.2017.1.3

Warianty tytułu

EN

Influence of surfactants on cathodic codeposition of copper and carbon nanotubes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań elektrochemicznego współosadzania miedzi i wielościennych nanorurek węglowych z roztworu siarczano¬wego (pH 2), w obecności związków powierzchniowo-czynnych: kationowego CTAB i anionowego SDS (0,27-2,7 mM). Pomiary metodą woltampe-rometrii cyklicznej wykazały, że oba dodatki zwilżające, wpływają na kinetykę redukcji jonów miedzi, lecz obecność CNT ogranicza ich działanie na powierzchni katody, wskutek większej tendencji CTAB i SDS do adsorpcji na hydrofobowej powierzchni cząstek materiału węglowego w głębi elek¬trolitu. CTAB sprzyja wbudowywaniu się CNT w osnowę miedzi, ułatwiając ich adsorpcję na powierzchni katody i dodatkowe zarodkowanie miedzi na nanorurkach. Skutkuje to zabudowywaniem CNT między ziarnami metalicznymi, tworzeniem osadów o wysokiej porowatości i uzyskiwaniem wysokich wydajności prądowych 95 ± 2%. SDS hamuje adsorpcję CNT na elektrodzie, prowadzi do wbudowania nanorurek wewnątrz kryształów metalu i tworzenia osadów katodowych o mniej rozwiniętej powierzchni, przy wydajności prądowej procesu 61 ± 7%.

EN

The paper presents electrochemical codeposition of copper and multiwalled carbon nanotubes from sulfate solution (pH 2) in the presence of surfactants: cationic CTAB and anionic SDS (0.24-2.7 mM). Cyclic voltammetry showed that both additives affect the kinetics of copper ions reduction, but CNT hinder the action of surfactants on the cathode surface due to higher affinity of CTAB and SDS to adsorption on hydrophobic nanotubes in the bulk of the electrolyte. CTAB favors incorporation of CNT into the copper matrix, improves their adsorption on the cathode surface and enhances additional copper nucleation on nanotubes. It results in the incorporation of CNT between metal crystals, formation of high porous deposits at high current efficiencies of 95 ±21. SDS inhibits adsorption of CNT on the electrode, leads to the incorporation of nanotubes inside metal crystals and forms cathodic deposits with less rough surface with the current efficiency of 61 ±71.

Słowa kluczowe

PL

elektroliza; kompozyt; miedź; nanorurki węglowe; związki powierzchniowo-czynne

EN

electrolysis; composite; copper; carbon nanotube; surfactants

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 62, nr 1
• Strony: 19--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Rudnik E.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Wydział Metali Nieżelaznych, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Gach M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Wydział Metali Nieżelaznych, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Włoch G.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Wydział Metali Nieżelaznych, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Arai Susumu, Takashi Saito, Morinobu Endo. 2010. ..Effects of additives on Cu-MWCNT composite plating films". Journal of The Electrochemical Society 157 (3): D127-D134.
• [2] Arai Susumu, Takashi Saito, Morinobu Endo. 2010. „Cu-MWCNT composite films fabricated by electrodeposition". Journal of The Electrochemical Society 157 (3): D147-D153.
• [3] Aryasomayajula Lavanya, Klaus-Juergen Wolter. 2013. „Car-bon nanotube composites for electronic packaging applications: a review". Journal of Nanotechnology. http:ydx.doi org/10.1155/2013/296517 (doste.p: 20.12.2016).
• [4] Chen Q. 2010. Carbon nanotube reinforced metal compos ites. US Patent nr: 7 651 766 B2.
• [5] Chowdhury Tamjid, James F. Rohan. 2013. „Carbon Nanotube Composites for Electronic Interconnect Applications". InTech: 367-393. http:/dx.doi.org/10.5772/52731 (dosteji: 20.12.2016).
• [6] Endo M„ M. S. Strano, P. M. Ajayan. 2008. ..Potential applications of carbon nanotubes". Topics in Applied Physics 111:13-62
• [7] Gupta. Chiranjib Kumar. 2003. Chemical metallurgy: principles and practice. Weinheim Wiley-VCH GmbH & Co. KGaA.
• [8] Hjortstam 0„ P. Isberg, S. Soderholm, H. Dai. 2004. „Can we achieve ultra-low resistivity in carbon nanotube-based metal composites?". Applied Physics A: Materials Science & Processing 78 (8): 1175-1179.
• [9] Lau Alan Kin-Tak, David Hui. 2000. „The revolutionary creation of new advanced materials - carbon nanotube composite". Composites Part B: Engineering33 (4): 263-277.
• [10] Liu P., D. Xu, Z. Li, B. Zhao, E. S. W. Kong, Y. Zhang. 2008. „Fabrication of CNTs/Cu composite thin films for interconnects application". Microelectronic Engineerings'? (10): 1984-1987.
• [11] Lu Jian Ping. 1997. ..Elastic properties of carbon nanotubes and nanoropes". Physical Review Letters 79: 1297-1300.
• [12] Qin Xiao-Xin, Jing-Jun Liu, Feng Wang, Jing Ji. 2011. ..Effect of multi-walled carbon nanotubes as second phase on the copper electrochemical reduction behavior for fabricating their nano-structured composite films". Journal of Electroanalytical Chemistry 651: 233-236.
• [13] Treacy M. M. J., T. W. Ebbesen, J. M. Gibson. 1996. „Exeptionally high Young's modulus observed for invidual carbon nanotubes". Nature 381: 678-680.
• [14] Uddin Sheikh M.,Tanvir Mahmud, Christoph Wolf, Carsten Glanz, Ivica Kolaric, Christoph Volkmer, Helmut Holler, Ulrich Wienecke, Siegmar Roth, Hans Jorg Fecht, 2010. "Effect of size and shape of metal particles to improve hardness and electrical properties of carbon nanotube reinforced copper and copper alloy composites". Composites Science and Technology 70: 2253-2257.
• [15] Vairavapandian Deepa, Pornnipa Vichchulada, Marcus D. Lay. 2008. ..Preparation and modification of carbon nanotubes: review of recent advances and applications in catalysis and sensing". Analytica Chimica Acta 626:119-129.
• [16] Yu Min-Feng, Oleg Lourie, Mark J. Dyer, Katerina Moloni, Thomas F. Kelly, Rodney S. Ruoff. 2000. ..Strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load". Science 287: 637-640.