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1、materials studio 计算金属表面能及在电镀中的应用 materials studio 计算金属表面能及在电镀中的应用 在电子、机械、航空航天等领域,通常需要对化学活性相对较高的金属表面进行改性,通过电镀方法在这些活性金属表面构建化学惰性较高且具有一定功能性质的镀层是表面改性常使用的一种方法。对于不同金属表面改性,所选择的改性金属镀层的依据是常常困扰研究人员的难题。materials studio 软件是基于第一性原理,在分子/原子尺度研究不同类型材料的结构和性质,已广泛应用于材料、化学、凝聚态物理、生物和制药等领域。在本论文中,采用 materials studio 软件对 au
2、、cu、ni 和 fe 晶体进行体结构优化,并对这些晶体的不同晶面切割,并进一步结构优化计算不同晶面的表面能。同时,基于第一性原理,设置相应的表面弛豫层,计算了各晶面的电子态密度。计算结果表明,au、cu 和 ni 在(111)晶面表面能最低,而fe 则在(211)晶面表面能最低。通过比较这四种金属的表面能,发现 au、cu、ni 和 fe 的表面能依次升高,说明这四种稳定性依次降低。通过计算证实,在 cu 表面电镀 au 镀层、在 fe 表面电镀 ni 镀层均能提高相应镀件的化学稳定性。在电镀工艺方面,本论文详细研究了一种新的无氰镀金工艺。首先制备了一种无氰水溶性金()盐,通过不同的测试方法
3、和表征手段,获得了这种新物质的结构,该结构为复合络合结构,在水溶液体系具体很高的稳定性。研究了应用该水溶性金盐的无氰电镀工艺,测试了镀液和镀层性能,通过与传统的氰化物镀金体系对比,在镀液稳定性和电流密度范围、镀层质量方面均具有相同或相近的性能。研究了在 fe 表面的镀镍的工艺过程,并对镀层结构和性能进行了测试。通过对铜表面电镀金前后镀件的硝酸蒸汽试验发现,电镀前铜基底存在严重腐蚀现象,而电镀金后则完全没有腐蚀发生,说明通过金镀层的表面改性后镀件的化学稳定性得到了提高。通过 materials studio 计算结果表明,金和铜的最低能量晶面(111)面的表面能分别为 0.790 和 1.367 j/m2,从微观上说明了硝酸蒸汽试验结果的依据。通过对铁表面电镀镍前后镀件的盐雾试验,发现电镀前铁基底存在严重的层状腐蚀现象,而电镀镍后则完全没有腐蚀发生,也说明通过镍镀层的表面改性后镀件的化学稳定性得到了提高。计算结果表明,镍最低能量晶面(111)面的表面能和铁的最低能量晶面(211)面的表面能分别为 1.959 和 2.215 j/m2,基于原子尺度证实了盐雾试验结果的依据。