CN103938257A - 多用途电化学池装置及电镀和分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途电化学池装置及电镀和分析方法，将工作电极作为样品并水平载放在水平面上，通过设计电化学池的构造，使得电镀过程中电镀的面积大小可以精确控制，通过设计可移动平台，可以快速更换样品，提高效率,通过隔绝使得该装置适合对一些特殊基底进行电化学沉积和电化学分析,还可以在防止电解液挥发的情况下在气氛保护下对样品进行电化学分析。

Description

多用途电化学池装置及电镀和分析方法

技术领域

本发明涉及多用途电化学池装置，具体地讲涉及可用于电化学电镀和电化学分析的多用途电化学池装置。 

背景技术

电镀是一种利用电解方法进行的镀膜的技术，可以用来制备金属或是合金等薄膜材料。电镀时通常将基体(工作电极)浸于电镀液中，利用它作为阴极，而把待电镀的金属材料作为阳极。电解液为一定浓度的待电镀金属离子的溶液。在施加一定电流的情况下，阳极金属失去电子而成为金属离子迁移到电解液中，而溶液中的金属离子则迁移到阴极，获得电子后变成金属原子而沉积在电极表面从而形成膜。图1给出了传统电镀的主要组成部分以及工作原理。电镀***主要由电化学工作站、样品(工作电极)、对电极、参比电极、电镀液和电镀槽组成。其中工作电极，对电极和参比电极是电解池的重要组成部分，分别接入电化学工作站形成三电极电化学***。 

随着电化学应用的广泛与深入，研究人员对电化学池也提出了越来越多的要求，对它的性能和功能也有更多的关注。在传统的电化学电镀装置中，样品(工作电极)直接浸泡在电解液中，所需要的电解槽通常需要比较大才能容纳整个样品，这样也就导致所需要的电解液用量比较大。另外，对于有些特殊基底如金/云母片，由于金与云母片之间的结合力本身不是很强，如果直接浸泡在电解液中，容易导致沉积膜金的剥离，因此传统的普通电解池已经不适用。 

因此，为了解决普通电解池不适用于特殊基底的问题，需要提供一种多用途电化学池装置。 

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种简易小型的多 用途电化学池装置，适用于一些特殊基底(如金/云母片，金/硅，且能在防止电解液挥发的情况下在气氛保护下对样品(工作电极)进行电化学分析。 

本发明的目的通过下述技术方案实现：本发明的第一方面提供了一种多用途电化学池装置，包括： 

用于水平载放有作为样品的工作电极的基座； 

通过固定在所述基座的两个支柱上下移动的可移动平台；以及 

用于注入电解液的通过所述可移动平台上下移动的电解液管。 

在另一优选例中，所述电解液管以透明材料制成。 

在另一优选例中，还包括塑料盖子，该塑料盖子对所述电解液管的上口进行密封。 

在另一优选例中，所述工作电极通过固定在所述可移动平台上的可伸缩金属探针与外部设备连接。 

在另一优选例中，所述外部设备是电化学工作站和计算机。 

在另一优选例中，还包括圆形塑料O形环，该圆形塑料O形环对所述工作电极与所述电解液管之间进行密封。 

本发明的第二方面提供了一种电化学电镀方法，利用第一方面所提供的装置进行电镀，该方法包括以下步骤： 

将作为样品的工作电极水平载放在基座上； 

可移动平台连接电解液管向下移动，通过圆形塑料O形环与工作电极接触； 

通过圆形塑料O形环使工作电极与电解液管之间进行密封； 

向电解液管内注入电解液；以及 

调节电镀参数来进行电镀。 

本发明的第三方面提供了一种电化学分析方法，利用第一方面所提供的装置进行分析，该方法包括以下步骤： 

将作为样品的工作电极水平载放在基座上； 

可移动平台连接电解液管向下移动，通过圆形塑料O形环与工作电极接触； 

通过圆形塑料O形环使工作电极与电解液管之间进行密封； 

向电解液管内注入电解液和惰性气体；以及 

调节电化学分析参数来进行分析。 

本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种新的多用途电化学池装置。 

附图说明

图1是示出传统电镀的主要组成部分以及工作原理的图。 

图2是示出用于电化学电镀时的电化学池装置的图。 

图3是示出用于电化学分析时的电化学池装置的图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。 

实施例1 

图2是示出示出用于电化学电镀时的电化学池装置的图。电化学池装置包括基座1、可移动平台2、电解液管3。该电化学池装置在工作时连接于外部设备。在图中示出了作为外部设备的电化学工作站和计算机11，但是也可以根据需要应用其他种类的外部设备。基座1以金属铝材料制成，形成为四方形，尺寸例如可以是长宽高为9×9×2cm。可移动平台2以黄铜材料制成。电解液管3以透明材料制成，比如圆形玻璃管，从而可以清楚观察电镀/电化学分析过程中作为样品9的工作电极6的变化，尺寸例如可以是内径为4.8mm，外径为6.8mm。参比电极8和对电极7是铜线，尺寸例如可以是直径为1mm，长度为10cm。电解液管3通过可移动平台2可以上下自由移动，从而实现工作样品6的快速替换。可移动平台2本身通过固定在基座1的两个支柱可以上下移动。工作电极6通过固定在可移动平台2上的可伸缩金属探针实现和作为外部设备的电化学工作站和计算机11的连接。 

进行电镀时，首先将作为样品9的工作电极6(例如金/云母片)水平放置在基座1上后，可移动平台2连接电解液管3向下移动，通过圆形塑料O形环10与样品9接触。通过向下压弹簧圈4和固定锁钮5，通过圆形塑料O形环10使工作电极6与电解液管3之间达到密封的效果。电解液管3与样品9密封以后，向电解液管3内注入电解液，电解液例如是浓度为50mM的硫酸铜(CuSO4)溶液和10mM的硫酸溶液电解液。工作电极6，参比电极8和对电极7通过引线连接到电化学工作站和计算机11， 构成三电极体系。调节电镀参数，例如沉积电压或电镀电流，从而进行电镀。 

实施例2 

图3是示出用于电化学分析时的电化学池装置的图。电化学池装置的结构相对于图2所示出的实施例1基本一致。 

进行电化学分析的过程与进行电镀时相类似，所不同的是，通过针口往电解液管3中慢慢通入惰性气体，例如氮气(1-2个气泡/秒)。电解液管3上口通过塑料盖子13密封，仅留出参比电极8，对电极7和针口的出口。调节电化学分析参数，从而在防止电解液挥发的情况下在气氛保护下对样品(工作电极6)进行电化学分析。 

应用了本发明后，具有如下优点和有益效果： 

(1)提供了一种电化学电镀和电化学分析双用的电化学池装置； 

(2)适合一些特殊基底的工作电极的电镀和电化学分析； 

(3)可以在防止电解液挥发的情况下在气氛保护下对样品(工作电极)进行电化学分析； 

(4)所需要的电解液量很小，适合一些稀有金属的沉积(不需要配置大量电解液)； 

(5)通过可移动平台可以在受力均匀的情况下密封样品，从而避免由于受力不均导致的样品表面的破坏，另外还可以快速更换样品，提高效率； 

(6)工作电极与外部设备之间通过可伸缩金属探针连接接触，保证了良好接触和可快速更换样品。 

此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 

附图标记说明 

1：基座 

2：可移动平台 

3：电解液管 

4：弹簧圈 

5：固定锁钮 

6：工作电极 

7：对电极 

8：参比电极 

9：样品 

10：圆形塑料O形环 

11：电化学工作站和计算机 

12：可伸缩金属探针 

13：塑料盖子。 

Claims (8)

1.一种多用途电化学池装置，其特征在于，包括：

用于水平载放有作为样品的工作电极的基座；

通过固定在所述基座的两个支柱上下移动的可移动平台；以及

用于注入电解液的通过所述可移动平台上下移动的电解液管。

2.如权利要求1所述的多用途电化学池装置，其特征在于，

所述电解液管以透明材料制成。

3.如权利要求1所述的多用途电化学池装置，其特征在于，

还包括塑料盖子，该塑料盖子对所述电解液管的上口进行密封。

4.如权利要求3所述的多用途电化学池装置，其特征在于，

所述工作电极通过固定在所述可移动平台上的可伸缩金属探针与外部设备连接。

5.如权利要求4所述的多用途电化学池装置，其特征在于，

所述外部设备是电化学工作站和计算机。

6.如权利要求4所述的多用途电化学池装置，其特征在于，

还包括圆形塑料O形环，该圆形塑料O形环对所述工作电极与所述电解液管之间进行密封。

7.一种电化学电镀方法，其特征在于，

使用如权利要求6所述的多用途电化学池装置进行电镀，该方法包括以下步骤：

将作为样品的工作电极水平载放在基座上；

可移动平台连接电解液管向下移动，通过圆形塑料O形环与工作电极接触；

通过圆形塑料O形环使工作电极与电解液管之间进行密封；

向电解液管内注入电解液；以及

调节电镀参数来进行电镀。

8.一种电化学分析方法，其特征在于，

使用如权利要求6所述的多用途电化学池装置进行分析，该方法包括以下步骤：

将作为样品的工作电极水平载放在基座上；

可移动平台连接电解液管向下移动，通过圆形塑料O形环与工作电极接触；

通过圆形塑料O形环使工作电极与电解液管之间进行密封；

向电解液管内注入电解液和惰性气体；以及

调节电化学分析参数来进行分析。