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研究生: 伍安偉
論文名稱: 鉛介面層對於電化學製備Ni/Cu(100)薄膜影響研究
指導教授: 蔡志申
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 135
中文關鍵詞: 循環伏安法界面活性劑電化學
英文關鍵詞: ni/cu(100)
論文種類: 學術論文
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  • 本實驗以鉛為介面活性劑並用電化學電鍍方式在單晶銅(100)電極上成長鎳薄膜,所使用的實驗方法有循環伏安法(Cyclic Voltammetry)、電化學磁光柯爾效應系統(EC-MOKE)、電化學掃描式電子穿隧顯微鏡(EC-STM)來研究單晶銅(100)上所成長鎳薄膜的磁特性與表面特性。
    實驗使用銀當作電化學參考電極,此電極屬於pseudo-reference electrode,其電位利用能士特方程式計算與文獻參考比較結果,與標氫電極準電位差大約是+87~130 mV 之間。透過循環伏安法掃描結果:銅(100)在2mM HCl+2 mM NiCl + 0.15 mM PbCl2溶液中,得知鉛的UPD的吸附與退吸附反應分別發生在E= -550 mV(←)和E= -450 mV(→),鉛的沉積(bulkdeposition)與還原在E= -700 mV(←)和E= -600 mV(→)出現。鉛在溶液中主要是使用其界面活性劑的性質,功能在於改變金屬表面沉積方式,使鎳鍍在銅(100)上能從原本的3D島狀成長開始往2D的方向沉積。實驗選擇在-1200 mV電位下電鍍鎳,控制電鍍時間以製造不同鎳膜厚度,透過積分CV圖的鎳退吸附峰算出電荷量和已知電鍍面積(0.292 cm2)可分析沉積鎳的膜厚。電解液裡的氯離子會修飾銅(100)電極表面,透過STM掃描圖像可以觀察到銅(100)表面直角台階的特徵。
    電鍍鎳/銅(100)磁性行為主要分成四部分結論:(1)在1.66 ML以下沒有磁性原因是電鍍鎳量很少又加上氫氣產生的效應。 (2)在2.40 ML~7.86 ML認為是磁異向能的轉換,易軸變成Polar方向,表示有垂直磁異向能出現,與UHV系統有相同的現象發生。 (3)在13.9 ML~31.6 ML之間的磁化易軸變成平行樣品表面,趨向塊材現象以形狀異向性為主要因素,表示鎳層越厚,磁化需要更大能量。
    比較加入鉛前後磁滯曲線L-MOKE的方正度,加入鉛作為界面活性劑來成長鎳薄膜與沒有加入鉛的來做比較,相對於較低的層數(5ML以下),較厚的層數(13ML~ 30ML)經由量測磁滯曲線所得到的方正度較接近1。

    目錄 第一章 緒論……………………………………………………………..1 第二章 實驗原理……………………………………………………......5 2-1磁性理論與磁光柯爾效應.................................................................5 2-1-1 磁性物質…………………………………………………..….....5 2-1-2鐵磁性物質的特性……………………………………...…..……7 2-2 磁異向性理論…………………………………………..…….........9 2-3 磁光柯爾效應……………………………………………………...17 2-3-1 磁光柯爾效應理論……………………………………………...17 2-3-2 磁光柯爾效應儀器裝置………………………………………...21 2-4 電化學原理……………………………………………………….22 2-4-1 法拉第定律………………………………………………….…..22 2-4-2電雙荷層概述………………………………………………..….23 2-4-3電化學反應程序……………………………………………..….24 2-4-4 循環伏安法………………………………………………..…….26 2-4-4陰離子特異性吸附(specific anion adsorption)……..…….28 2-5電化學掃描式穿隧顯微鏡原理…………………………….……..29 2-5-1 穿隧效應…………………………………………………….…..29 2-5-2 掃描式穿隧顯微鏡原理………………………………………...30 2-5-3 工作原理─定電流模式與定高模式…………………………...32 2-5-4 電化學掃描式穿隧顯微鏡簡介……………………………..….33 2-6 系統物性介紹……………………………………………………...34 2-6-1銅與鎳的物理化學性質之比較………………………….………34 2-6-2 鍍鎳的電解液………………………………………….………..35 2-6-3酸性溶液中的標準電極電位………………………….………...36 第三章 實驗儀器介紹…………………………………….…….……..38 3-1 實驗設備……………………………………………….…….…….38 3-1-1電化學電鍍槽…………………………………………………….38 3-1-2電化學循環伏安儀器…………………………….……………....41 3-2電化學掃描式穿隧顯微鏡(EC-STM)儀器介紹……………….….41 3-3 磁光柯爾效應(EC-MOKE)儀器介紹…………………………….51 3-3-1 磁光柯爾效應器材與元件………………………..………..…...53 3-3-2 磁光柯爾效應儀器架設…………………………….…..............53 3-4 實驗步驟……………………………………………………….…..56 3-4-1實驗用藥品、氣體與金屬部分…………………………………...56 3-4-2 實驗步驟………………………………………………………...57 3-4-3 電化學實驗步驟…………………………………………….......58 3-4-4 EC-STM實驗前處理及實驗步驟……………….………..…...60 (1)探針製備……………………………………………...…..…58 (2)將探針裝載到EC-STM掃描頭上……………….……….…60 3-4-5 EC-MOKE 實驗前處理及實驗步驟………………..……..….64 (1)樣品裝入電化學磁光柯爾系統電解槽步驟……….........…63 (2)磁光柯爾效應儀器的操作流程………………………..…...66 第四章 實驗結果與討論………………………………………………67 4-1 循環伏安法( Cyclic Voltammetry )實驗結果與相關討論…..67 4-1-1參考電極電位……………..………………………………….…..67 4-1-2系統鎳薄膜厚度估計……………………………………….……72 4-1-3銅(100)在鹽酸溶液中加入氯化鎳的循環伏安法量測…..….76 (1)銅(100)在鹽酸溶液中的CV量測……………………………77 (2)銅(100)在加入氯化鎳的鹽酸溶液CV量測…………………78 (3)銅(100)在鹽酸與加入氯化鎳鹽酸溶液的CV量測比較….79 4-1-4 銅(100)在鹽酸溶液中加入氯化鉛的循環伏安法量測…… 80 (1)銅(100)在鹽酸溶液中加入氯化鉛的CV量測…………….80 (2)銅(100)在鹽酸與加入氯化鉛的鹽酸溶液之CV比較…….84 4-1-5 銅(100)在含有氯化鎳的鹽酸溶液中加入氯化鉛的循環伏安法量……………………………………………………………85 (1) 銅(100)在含有氯化鎳的鹽酸溶液中加入氯化鉛的CV量測…………………………………………………………..85 (2)銅(100)在含有氯化鎳的鹽酸溶液與加入氯化鉛之後CV量測比較…………………………………………………………88 4-2電化學磁光柯爾效應實驗結果討論……………………..……...89 4-2-1 大氣下磁光柯爾效應…………………………………..……….89 (1) 大氣下量測磁光柯爾效應…………………………………..89 (2) 磁滯曲線與δ的關係(以不鏽鋼為樣品……………………90 4-2-2 界面活性劑(surfactant)與UPD(Underpotential Deposition) 介紹…………………………………………………………...91 4-2-3 電化學磁光柯爾效應……………………………………….…..95 (1)Longitudinal MOKE背景圖量測……………………….…..95 (2)銅(100)表面型態……………………….……………………96 (3)以磁光柯爾效應確認Ni/Cu(100)的吸附電位…….……...98 4-2-4電化學磁光柯爾效應實驗結果…………………….………...100 (1) 磁性討論…………………………………………………...109 (2)電解液加入鉛後鍍鎳的影響討論………………………...113 第五章 結論…………………………………………………………..119 附錄 ………………………………………………………………....121 參考資料………………………………………………………………133

    [1] M. T. Johnson, P. J. H. Bloemen, F. J. A. den Broeder and J. J. de Vries, Rep. Prog. Phys., 59, 1409-1458 (1996)
    [2] W. J. M. de Jonge, P. J. H. Bloemen, and F. J. A. den Broeder,Ultrathin Magnetic Structures, Edited by J. A. C. Bland and B. Heinrich, Springer-Verlag, Berlin(1994)
    [3] 胡裕民、黃榮俊,物理雙月刊,二十二卷六期,552 (2000)
    [4] P. Andreyev, 電子工程專輯,125 (2005)
    [5] M. Wilms, M. Kruft, G. Bermes, and K. Wandelt, Rev. of Sci. Instrum. , 70, 9 (1999)
    [6] F. Carcia, A.D. Meinhaldt, A. Suna, Appl. Phys. Lett., 47, 178 (1985)
    [7] C.J. Lin, G.L. Gorman, C.H. Lee, R.F.C. Farrow, E.E. Marinero, H.V. Do, H. Notarys, J. Magn. Magn. Mater., 93, 194 (1991)
    [8] A. J. Bard and L. R. Faulkner, Electrochemical methods Fundamentals and Applications, John Wiley & Son, Inc., New York (2001)
    [9] 胡啟章,電化學原理與方法,五南圖書,台北(2002)
    [10] P. Broekmann, M. Wilms, M. Kruft, C. Stuhlmann, and K, Wandelt, Journal of Electroanalytical Chemistry, 467,307-325(1999)
    [11] 洪詩惠,國立中央大學化學所碩士論文(2004)
    [12] B. D. Cullity, Introduction to Magnetism and Magnetic Materials, Addison Wesley, New York (1972); B. Schulz, R. Schwarzwald and K. BAberschke, Surf. Sci.,307, 1102-8(1994)
    [13] C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th ed., John Wiley & Sons INC., New York(1996)
    [14] 何慧瑩,國立臺灣師範大學物理所碩士論文(1998)
    [15] 魏淑宜,國立臺灣師範大學物理所碩士論文(2007)
    [16] B. Schulz and K. Baberschke, Phys. Rev. B , 50, 13467-71(1994)
    [17] 蔡志申,物理雙月刊,二十二券五期,605 (2003)
    [18] J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed., John Wiley & Sons INC., New York, USA, 219-221(1998)
    [19] 楊正旭,私立輔仁大學物理所碩士論文(1999)
    [20] 聶亨芸,國立清華大學材料科學工程所碩士論文(2002)
    [21] 田福助,電化學-理論與應用,高立圖書有限公司,台灣(1987)
    [22] P. Allongue et al., Surf. Sci. 603, 1831-1840(2009)
    [23] 吳和虔,國立中央大學化學所碩士論文(2001)
    [24] K. M. Poduska and S. Morin, Rev. of Sci. Instrum., 74, 11(2003)
    [25] C. A. F. Vaz, J. A. C. Bland and G. Lauhoff, Rep. Prog. Phys., 71, 056501(2008)
    [26] 白鴻陞,國立臺灣師範大學物理所碩士論文(2007)
    [27] S. Huemann, N. T. M. Hai, P. Broekmann, and K. Wandelt, J. Phys. Chem. B, 110, 24955-24963(2006)
    [28] 李育鴻,國立台灣師範大學物理所碩士論文(2008)
    [29] M. Pourbaix, Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, 2nd ed., National Association of Corrosion Engineers, Houston, Texas, USA, 333(1974)
    [30] R.C.O. Handley, Modern Magnetic Materials, John Wiley & Sons INC., New York (2000).
    [31] 王穎潔,國立臺灣師範大學物理所碩士論文(2009)
    [33]E.R Moon and S .D . Bader,Superlatt. Microstruct., 1,543(1985)
    [34]張金群,國立師範大學碩士論文 (2004)
    [35]Lustenberger P, Rohrer H, Christoph R, Siegenthaler H, Journal of Electroanalytical Chemistry, 243,225-235(1988)
    [36]G.A Somorjai ,Chemistry in two dimension surface, Cornell University Profs, London,1981
    [37]P.Poulopolos, J. Lindner M. Farle, and K. Baberschke, Surf. Sci. , 382 107 (1997)
    [38]Henrion, J.; Rhead, G. E. Surf. Sci. 1972, 29, 20
    [39] Inukai, J.; Osawa, Y.; Itaya, K. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 10034.
    [40]Polewska, W.; Vogt, M. R; Magnussen, O. M.; Behm, Behm, R. J.
    Phys. Chem. 1999, 103, 10040.

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