超重力环境下AlCl3-Et3NHCl离子液体电解铝的研究

论文摘要

常规重力下和超重力条件下,在不锈钢电极片上1.75AlCl3/Et3NHCl离子液体中利用恒电流法电沉积制备金属铝。实验测定了不同摩尔比的AlCl3/Et3NHCl的粘度及电导率,研究了温度对粘度和电导率的影响；同时考察了常规重力和超重力条件下恒电流法电沉积实验下各种条件对电沉积的影响,从而获得超重力场对离子液体电沉积铝的影响和作用规律。研究表明,AlCl3/Et3NHCl离子液体的粘度μ随着温度T的升高而减小,随着AlCl3:Et3NHCl的摩尔比的增大而增大,并且1nμ与T-1呈直线关系。AlCl3/Et3NHCl离子液体的电导率随着温度的升高而升高；随着AlCl3: Et3NHCl的摩尔比的增大而减小,且电导率K与温度T的关系符合阿伦尼乌斯方程。超重力场中,同一电流密度下,随着超重力系数的增大,槽电压降低,电流效率和沉积速率增大；相同的超重力系数下,随着电流密度的增大,槽电压和沉积速率增大,电流效率降低；超重力系数与电流效率、沉积速率呈线性关系。与常规重力场相比,超重力场中电流效率、沉积速率明显增大,电流效率可以达到87%-94%,沉积速率可达到0.33～0.53μm·min-1；而常规磁力搅拌下的电流效率最大仅为78%,沉积速率为0.35μm·min-1。同一电流密度下,超重力场的电流效率可以达到常规重力下的1.4-1.7倍。利用扫描电子显微镜、EDS能谱分析仪对铝沉积层进行分析,发现常规重力场磁力搅拌下电沉积产生的铝易产生枝晶,附着性较差；超重力场下所得的铝层避免了枝晶的产生,获得的沉积层表面光洁、晶粒均匀、致密度高、附着性更好；铝的纯度均可以达到97%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 超重力技术
• 1.2.1 超重力技术简介
• 1.2.1.1 超重力技术的基本原理
• 1.2.1.2 超重力设备及特点
• 1.2.2 超重力技术的研究进展
• 1.2.2.1 超重力技术在国外的研究进展
• 1.2.2.2 超重力技术在国内的研究与应用
• 1.2.3 超重力技术在电化学方面的应用
• 1.2.3.1 超重力在水溶液电解方面的研究
• 1.2.3.2 超重力在电沉积方面的应用
• 1.2.3.3 超重力在其他电化学方面的研究进展
• 1.3 离子液体
• 1.3.1 离子液体的研究
• 1.3.1.1 离子液体简介
• 1.3.1.2 离子液体的分类
• 1.3.1.3 离子液体的合成
• 1.3.1.4 离子液体的性质
• 1.3.1.5 离子液体的发展概况
• 1.3.2 离子液体在电化学领域的应用
• 1.3.2.1 在电池方面的应用
• 1.3.2.2 在金属电沉积方面的应用
• 1.3.2.3 在电化学合成方面的应用
• 1.3.2.4 在双电层电容器方面的应用
• 1.3.3 离子液体电解铝的研究
• 1.3.3.1 烷基吡啶型离子液体
• 1.3.3.2 烷基咪唑型离子液体
• 1.3.3.3 氯化烷芳基铵盐类
• 1.4 本论文的研究意义和内容
• 1.4.1 本论文的研究意义
• 1.4.2 本论文的研究内容
• 3-Et₃NHCl的合成及其电导率和粘度的研究'>第二章 离子液体AlCl₃-Et₃NHCl的合成及其电导率和粘度的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 实验方法
• 3-Et₃NHCl的合成'>2.2.2.1 AlCl₃-Et₃NHCl的合成
• 3-Et₃NHCl粘度的测定'>2.2.2.2 AlCl₃-Et₃NHCl粘度的测定
• 3-Et₃NHCl电导率的测定'>2.2.2.3 AlCl₃-Et₃NHCl电导率的测定
• 2.3 结果分析与讨论
• 2.3.1 温度对粘度的影响
• 2.3.2 温度对电导率的影响
• 2.4 本章小结
• 3-Et₃NHCl恒电流法电沉积铝的研究'>第三章 常规重力场离子液体1.75AlCl₃-Et₃NHCl恒电流法电沉积铝的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品与仪器
• 3.2.2 电解实验装置
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 电极预处理
• 3.2.3.2 电解液的制备
• 3.2.3.3 铝的电沉积
• 3.2.4 数据处理及表征方法
• 3.2.4.1 数据的处理
• 3.2.4.2 表征方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 电流密度对电沉积的影响
• 3.3.2 时间对电沉积的影响
• 3.3.3 转速对电沉积的影响
• 3.3.4 温度对电沉积的影响
• 3.3.5 纯度分析
• 3.4 本章小结
• 3-Et₃NHCl恒电流法电沉积铝的研究'>第四章 超重力场离子液体AlCl₃-Et₃NHCl恒电流法电沉积铝的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品与仪器
• 4.2.2 电解实验装置
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 电极预处理
• 4.2.3.2 电解液的制备
• 4.2.3.3 电沉积方法
• 4.2.4 实验数据处理及表征
• 4.2.4.1 实验数据处理
• 4.2.4.2 电沉积铝的表征方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 超重力系数对电沉积铝的影响
• 4.3.1.1 超重力系数对槽电压的影响
• 4.3.1.2 超重力系数对电流效率的影响
• 4.3.1.3 超重力系数对沉积速率的影响
• 4.3.2 超重力场中电流密度对电沉积的影响
• 4.3.2.1 电流密度对槽电压的影响
• 4.3.2.2 电流密度对电流效率的影响
• 4.3.2.3 电流密度对沉积速率的影响
• 4.3.3 超重力场电沉积铝的表面形貌及纯度分析
• 4.3.3.1 超重力系数对电沉积形貌的影响
• 4.3.3.2 超重力场中电流密度对电沉积形貌的影响
• 4.3.3.3 超重力场中铝的纯度分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介