无支持电解质的电沉积中再成核与枝晶生长之间的转变
介观与纳米尺度物理
2020-11-30 v1 斑图形成与孤子
化学物理
摘要
本工作聚焦于在无支持电解质且无流动的条件下，于 Hele-Shaw 池中通过恒电流电沉积形成的金属沉积物的微观结构。对于低施加电流密度 j，沉积物以分支状枝杈的形式生长。如 Fleury（Nature, 390, 1997）所示，这些枝杈由微小金属晶体组成。该微观结构由生长前沿前方的空间电荷区（非电中性溶液）动力学所诱导的再成核过程构建。当增大 j 时，晶体尺寸减小而成核频率增加。对于高 j，这些趋势发生逆转，正如实验所观察到的，此时形成枝晶而非分支状枝杈。在成核/生长 regime（分支状枝杈）与纯生长 regime（枝晶）之间必然存在转变。该转变通过 SEM 仔细观测枝杈微观结构而进行实验考察。对于铜与银枝杈，当 j 低于临界电流密度 j_c（依赖于浓度）时，枝杈仅由非枝晶晶体构成；而当 j>j_c 时，观察到枝晶晶体，且在更高 j 下它们成为构成枝杈的主要晶体种类。这些观察表明，图案尺度上分支状枝杈与枝晶之间的形态转变，源于构成枝杈的晶体尺度上的形态转变。后者通过分析了生长晶体的形状稳定性而得到理论考量。Mullins & Sekerka 模型（通过扩散生长的球形颗粒的形状稳定性）与这些观察不符，其预测晶体总是不稳定的。本文提出，环绕生长晶体的空间电荷层引发了稳定化效应。
引用
@article{arxiv.2011.13281,
title = {Crossover between re-nucleation and dendritic growth in electrodeposition without supporting electrolyte},
author = {Chams Kharbachi and Théo Tzedakis and Fabien Chauvet},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.13281},
year = {2020}
}