Nghiên cứu xây dựng hệ tạo màng dựa trên phương pháp Điện phân

Trong đồ, quá trình tạo mông bằng phương pháp điện phân phủ mảng đ n phân, quá trình lắng đọng điện hi là một quá trình trong đó các ion kim loại phân bổ gần.. 'Trong công trình nghiên

Thuộc tổ bộ môn: Vật lý ứng dụng và công nghệ

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HOC:

TS NGUYÊN HUỲNH DUY KHANG

TP Hồ Chí Minh, 04/2024

Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn

TS Nguyễn Huỳnh Duy Khang

Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 05 năm 2024 Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng

TS Nguyễn Thanh Nga

Trong suốt những năm tháng học tập tại Trường Đại học Sư phạm Thành phó Hồ Chi Minh, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ cũng như những bài học,

Do đó, qua luận văn nảy, tôi xin gửi lời trì ân chân thảnh vả sâu sắc nhất đến tất cả mọi người

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thấy Cö tại Trường Đại học Sư phạm Thành phổ

Hỗ Chỉ Minh nói chung và Khoa Vật lý nói riêng đã trao cho tôi những bải học quý giả

vả giúp tôi hoàn thiện bản thân không chỉ về mặt đạo đức mà còn về chuyên môn để tôi

có thể hoàn thành tốt luận văn nảy

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thấy TS Nguyễn Huỳnh Duy Khang - người thấy đã tận tỉnh hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoản thành khóa luận nảy Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, bạn bẻ là thành viên trong nhóm nghiên cứu AMO đã khuyến khích và hỗ trợ tôi trong bốn năm đại học, giúp tôi có bước đệm

để hoản thành tốt luận văn của mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, bạn bẻ đã luôn quan tâm, giúp đỡ và ủng hộ tôi trong mọi mặt kế cả học tập lẫn cuộc sống

Tôi vô củng biết ơn gia đỉnh đã luôn tin tưởng, động viên vả tạo điều kiện để tôi tập trung học tập và hoản thành khỏa luận tốt nghiệp tại Trưởng Đại học Sư phạm Thánh phố Hồ Chí Minh

“Trân trọng

TP Hỗ Chí Minh, tháng 04 năm 2024 Trần Văn Hiểu

1.2.2 Phương pháp tạo mảng bằng công nghé Langmuir — Blodgett 1.2.3 Phương pháp phủ mảng sol-gel

.3, Lý thuyết tạo mảng bằng phương pháp điện phân

1.3.1 Điện cực

1.3.2 Thể điện cực vả thế điện cực tiêu chuẩn

1.3.3 Sự vận chuyển các ion trong dung dịch

1.3.4 Các quá trình xảy ra ở điện cực

1.3.5 Quả thể và phương trình Butler — Volmer

1.3.6 Sự tạo thành lớp màng phủ ở điện cực cathode

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH MÔ PHÒNG

2.1 Phan mềm mô phỏng COMSOL

2.2 Mô hình mô phóng quá trình tạo màng điện phân

CHUONG 3 KET QUA NGHIEN CUU

3.1 Su phân bố mật độ đồng 6 be mat cathode

3.2 Phổ điện thế dung dịch catholyte

3.3.1 Ảnh hưởng của điện thể đến độ nhám bề mặt của mảng điện phân 3.3.2 Ảnh hưởng của khoảng cách đến độ nhám bề mặt của màng điện phân 35 3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân đến độ nhám bề mặt của

màng điện phân

CHUONG 4 KẾT LUẬN VẢ HƯỚNG PHÁT TRIÊN

TẢI LIỆU THAM KHẢO

Hình 1.1 Co ché tao màng bang cing nghé Langmuir — Blodgett [21] Hình 2.1 Minh ñọa lệ tạo màng với ba điện cực theo hai gác nhìn khác nhau, trong đó điện cực ở giữa là cathode và hai điện cực nằm bên ngoài là anode

Hình 3.8 Phổ điện thể dưng dịch catholyte khi d = 4 cm, e = 04 M, thay đổi hiệu điện

thể giữa anode và cathode tới các giả trị (a) 0.25 Ú; (b) 0.5 V; (c) 1.0 E; (d) 3.0 E 26

() 10 em; () 11,5 em 27 Hinh 3.10, Phd dién thé dung dich catholyte khi d= 4 cm va U = 0,5 V, thay doi nông độ dung dịch CuSO, tới các giá trị (a) 0.4 M; (b) 0,45 M; (0) 0.5 M .28

Hình 3.13 Bé day lớp màng phủ bê mặt cathode đọc theo đường thẳng z = 6 cm

trục đổi sing) khi thay doi hiệu điện thể giữa anode và cathode với nông độ dung dịch

là c = 0,5 A4 và khoảng cách được giữ nguyên với gid tri (a) 4 cm; (b) Š,Š cm; (c) 7 em;

Hình 3.14 Sự phụ thuộc của tỉ số STDEW/Su vào hiệu điện thể khỉ giữ có định

moi anode la d= 11,5 cm và hiệu điện thể giữa anode và cathade là U = 0,5 E 39 Hình 3.18 Sự phụ thuộc của tỉ sổ STDEV/s„„ vào nông độ dung dịch điện phân khi giữ

LPCVD Vine Dost Lắng đọng hơi hỏa học áp suất thấp LCVD You Deedio Lắng đọng hơi hóa học sử dụng laser

PECVD vàn Dao n Chemical Í Lịng đọng bơi hóa học bing plasma

PVD Physics Vapor Deposition | Lắng đọng hơi vật lý CAD Computer-Aided Design | Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính STDEV Standard Deviation Độ lệch chuẩn

Trong những thập ki trở lại đây, quá trình tạo màng đã trở nên phỏ biến vả được ứng dụng rộng rãi trong nhiễu ngành công nghiệp nhằm cái thiện các tính chất cơ học,

tạo màng mỏng được các nhả khoa học phát ti

ra đời những phát minh mới trong các lĩnh vực khác nhau như thiết bị quang tử,

nghiên cứu qua nhiều năm vả cho

chất xúc tác, cảm biển, vật liệu sinh học, [2] Một số phương pháp tạo mảng phổ biển

tạo mang hat nano don lớp thông qua công nghệ Langmuir ~ Blodgett [4], phương pháp

phi mang sol-gel [5] Trong 46, quá trình tạo mảng bằng phương pháp điện phân hay con ee biết đến với những tên gọi khác như quá trình mạ điện, quá trình tạo mảng

phân, quá trình lắ l một quá ác lon

kim loại phân bỗ gần điện cực cathode bị trung hòa và trở thành các nguyên tử kim loại

sự quan tâm vì đây được xem là một phương thức đơn giản với giá thành thấp, có độ

nhiều loại vật liệu như kim loại, hợp kim, polymer dẫn điện, chất bản dẫn, [7]

ê mặt của vật liệu vì việc phương thức hiệu quá trong việc cải thiện các tính chất

phú mảng không chỉ đem lại giả trị vẻ mật thâm mỹ mả cỏn tăng tính chịu lực, chịu nhiệt, khả năng chống ma sát vả chống ăn mòn của vật liệu [8] Quá trình tạo màng điện phân mang những ưu điểm lớn nền li ine rất nhiều

q âi giới khoa học, đã có rất nhiều nhị

được công bố trong suốt những năm qua, Vào năm 2000, nhóm nghiên cứu của El-Giar

đã thực hiện nghiên cứu về quá trình phú màng điện phân đối với kim loại đồng và

lớn đến tỉ lệ lắng đọng của các nguyên tử đồng Cụ thể, hiệu điện thế sử dụng cẳn

có thể xác định được [7] Đến năm 2015, nhém nghiên cứu của A Giaccherini đã

1

cộng sự đã kết luận rằng sự phân bố mật độ dòng ở phản rì:

so với những vị trí còn lại [9] Năm 2016, nhóm nghiên cứu của F Wang thực hiện

của điện cực sẽ đầy đặc hơn

nghiên cửu đối với quả trình lắng đọng điện hóa của đồng vả kết luận rằng khoảng cách

bề mặt của vật liệu [10] Đến năm 2019, tác giá M Zhang cùng các cộng sự đã sử dụng

điện phân của ion Ce**, kết luận của nhóm nghiên cứu là mật độ dòng có sự phân bổ không đồng đều vả có thể được giải thích bằng hiệu ửng mép Bên cạnh đó, nhóm cũng,

mật độ dòng tại các vị tri khác nhau cúa điện cực cathode [I1] Cũng trong năm 2019,

sử dựng các xung điện, H J Biswal cũng thu được kết quả là các phân bố mật độ dòng

trung tâm, Bên cạnh đó, kết luận khác của Biswal và các cộng sự là có thể điều chính

khoảng cách giữa hai điện cực sẽ ảnh hướng trực tiếp đến độ dày của lớp màng [8]

Ni-Co được công bố vảo năm 2023, K Liu và các cộng sự đã tiếp tục khảo sat

sự ảnh hưởng của biệu điện thế vả khoáng cách giữa các điện cực đối với cấu trúc

bể mặt vật liệu cũng như tỉ lệ lắng đọng của vật chất Kết quả mà nhóm nghiên cứu của K, Liu đã thu được là khí tăng hiệu điện thể thì tỉ lệ lắng đọng vật chất sẽ cao hơn Tuy nhiên, việc tăng hiệu điện thể cũng khiể

sồ ghẻ, không được bằng phẳng và tron king Bên cạnh đó, K Liu cũng khẳng định rằng

(12)

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu về quá trình tạo mảng bằng phương pháp điện phân đều đã đạt được những kết quả nhất định và kháo sát được một số yếu tố ảnh hướng đến bề mặt màng phủ cũng như sự phân bố mật độ điện tích và mật độ dòng

2

cho cấu trúc của bể mặt vật liệu trở nên

Cho đến hiện tại, vẫn chưa có nghiên cứu nào khảo sát cụ thể và đồng thời ảnh hướng của các thông số hệ tạo mảng như hiệu điện thể sử dụng, khoảng cách giữa các điện cực,

Do đó, chúng tôi quyết định lựa chọn đẻ tài “Nghiên cứu xây dựng hệ tạo màng,

của các thông số hệ tạo màng như hiệu điệu thẻ, khoảng cách điện cực, nồng độ của dung dịch đối với độ nhám bể mặt màng được tạo đựa trên phương pháp điện phân

Để thực hiện mục tiêu nghiên cửu, khóa luận được trình bảy với bốn phần: Chương 1 Cơ sở lý thuyết về quá trình tạo mảng bằng phương pháp điện phân

G chuong nay, ching tôi đưa ra những cơ sở lý thuyết liên quan đến quá trình tạo mảng cũng như những nội dung kiến thức có liên quan đến quá trình điện phân Chương 2 Mô hình mô phỏng Ở chương nảy, chúng tôi sẽ giới thiệu sơ lược về phần mềm mô phỏng phần từ hữu hạn COMSOL Multiphysics” và cách thiết lập mô hình hệ điện phân

Chương 3 Kết quả nghiên cứu Ở chương nảy, chúng tôi sẽ trình bảy chỉ tiết về kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số hệ tạo màng như hiệu điệu thể, khoảng cách điện cực, nông độ dung dịch đổi với độ nhám bề mặt mảng được tạo dựa trên phương pháp điện phân vả các yếu tổ khác cỏ liên quan như mật độ dòng ion, phỏ điện thể, bề đảy trung bình của cathode,

Chương 4 Kứt luận và hướng phát triển Ở phần này, chúng tôi sẽ tổng kết, đánh giá lại những kết quả đã thu được, mớ ra hướng đi mới của đề tải trong tương lai.

TAO MANG BANG PHUONG PHAP DIEN PHAN

L1 Quá trình tạo màng

Công nghệ màng mỏng là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống và khoa học, được ứng dụng rộng rãi trong nhiễu lĩnh vực như điện - điện tử, truyền thông quang học, hệ thống sinh học, Vấn để trọng tâm của công nghệ màng móng là được hiểu là quá trình phù lên bề mặt vật liệu một lớp vật chất có độ đảy từ một lớp nguyên tử cho đến cỡ vải jun [13] Tiềm năng to lớn của quá trình phủ màng

việc tạo ra các sản phim hoan toàn mới va mang tính cách mạng đối với ngành khoa học vật liệu [1, 8, 14]

'Các lớp mảng mỏng thường có ưu điểm khác biệt so với vặt liệu khối vì hầu hết

đo đó mà sự tạo thành màng mỏng không tuân theo sơ đỏ biển đối pha trong luyện kim [I5 16] Đổi với các lĩnh vực ửng dụng khác nhau, việc lựa chọn phương pháp

có thê dẫn đến các kết quả khác nhau về đặc tỉnh vật liệu như cấu trúc vi mô, hình thải

- [I7] Một loại vật liệu có thể được ứng dụng trong nhiều trường hợp vả được điều chính đặc tinh để

bề mặt, tính chất điện, quang học, khá năng ăn mòn, độ cứng, đáp ứng các yêu câu tối ưu bằng cách sử dụng các phương pháp tạo màng khác nhau,

loại vật liệu cỏ đặc tính phủ hợp thông qua quy trình phủ mảng lai [13] Các phương pháp tạo mảng thường tuân theo trình tự hu sau: (i) tổng hợp các thành phần lắng dong; (ii) van chuyén các thành phần lắng đọng từ nguồn đến vị trí vật liệu cẩn phủ; (iii) các chất sẽ bị lắng đọng và bám dính lên bề mặt vật liệu thành từng lớp màng [13]

Hiện nay, có nhiễu phương pháp tạo màng phô biển và hữu ich có thể kể đến như phương pháp tạo mảng bằng công nghệ điện phả h hả h đơn lớp thông qua công nghé Langmuir — Blodgett [4] phương pháp phủ mảng

thấp (L.ow-Pressure Chemical Vapor Deposition — LPCVD), king dong hoi héa học

hoi héa hc bing plasma (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition - PECVD), ling dong hoi vat ly (Physics Vapor Deposition — PVD), [7] 1.2.1 Phương pháp tạo màng điện phân

Quá trình tạo màng bằng phương pháp điện phản là quá trình tạo ra lớp mảng phủ kim loại lên bề mặt của chất nền rắn thông qua sự khứ các cation của kim loại đó

sẽ đồng vai trò như một điện cực âm cathode trong khi chất điện phân là dung dịch

kim loại can phủ hoặc là sử dụng các vật liệu dẫn điện trơ

Quá trình phủ mảng điện phân bắt đầu phát triển mạnh từ khoảng giữa thé ki XIX

đo sự phát t

quá trình tạo mảng điện phân kéo theo sự phát triển của ngành công nghiệp xỉ mạ

én cia cae dung địch điện phân cho bạc và vàng Sự phát triển của

trang trí, với công nghệ lan rộng từ nước Anh va nước Nga đến phan cỏn lại của

nghiên cứu thu hút nhiều sự chú ý của các nhà vật lý cũng như các nhà hóa học nhằm tìm ra bản chất và cơ chế xảy ra trong quá trình lắng đọng điện hóa không chí

trong ngành công nghệ nano [19]

1.2.2 Phương pháp tao mang bing cong nghé Langmuir ~ Blodgett Công nghệ Langmuir — Blodgett là phương pháp tạo màng bằng cách tạo ra lớp phủ

có b dày đơn lớp đến đa lớp phân tử tử mặt phân cách giữa pha lòng và pha khí lên

được phát triển bởi hai nha khoa hoc Irvine Langmuir va Katharine Burr Blodgett [20] Bước đầu tiền của công nghệ Langmuir ~ Blodgett a lựa chọn pha phụ (subphase) phù hợp Pha phụ được chọn thường là nước vì nước có hệ số căng bề mặt lớn và có thê lảm cho các vật liệu đơn lớp có mật độ cao hơn Các phân tử vật liệu phủ sẽ được

tạo thành dung dịch Sau đó, dung dịch sẽ được trải đều trên mặt nước Một thai gian sau, dung môi sẽ bị bay hơi, các phân tử vật liệu phủ có một đầu kị nước và một đầu

ưa nước nên sẽ cỏ sự định hưởng một cách tự nhiên vả bị bẩy ở mặt phân cách

tật độ pl ử ôn Sau đó, đề hiện phủ sh ha a nhúng theo chiều đọc qua lớp phân tử Ngay lập tức, lớp phân tử sẽ lắng đọng lên

được lặp di lặp lại đẻ tạo ra các cấu trúc nhiễu lớp hoặc xen kẽ [21]

Hình 1.1 Cơ chế tạo màng bằng công nghệ Langmuir — Blodgetf [21].

như có thể điều chỉnh chính xác độ dày cũng như độ đồng đều của lớp màng phủ, tạo mảng nhiều lớp với các thành phần lớp cụ thể, [21] Mặc dù vậy, phương pháp

này chỉ có thể sử dụng để phủ màng được một số loại vật liệu nhất định, chủ yếu là

cần thời gian dài để lắng đọng mỗi đơn lớp vật chất

Quy trình của phương pháp phú màng sol-gel được chia làm các bước như sau [24]:

~ Bước l: Các tiền chất phân tử được gọi là preeursor (thường là alkoxide kim loại)

sẽ được hòa tan trong chất lỏng (thường là nước hoặc rượu) để tạo thành pha lỏng dang sol

~ Bước 2: Dung dich sol sé king đọng tạo ra lớp mảng phủ lên bể mặt thông qua một số

phun phủ màng (spray-coating)

- Bước 3; Các hạt trong dung dịch sol tham gia phản ứng trùng hợp (polymer hóa)

để tạo thành mạng lưới liên kết dạng gel

- Bước 4; Xử lý nhiệt hoặc sử dụng những phương pháp sấy khô khác để loại bỏ dung môi và tạo thảnh lớp mảng trên bễ mật cơ chất

Đối với các phương pháp loại bó dung môi khác nhau thì sẽ thu được các lop mang với tỉnh chất khác nhau, Do đó, người ta sẽ lựa chọn phương pháp phủ hợp tủy theo như cầu sử dụng [24]

Phương pháp sol-gel là phương pháp tiết kiệm chỉ phi, do nhiệt độ phản ứng thấp nên có thể kiểm soát tốt thành phần hóa học của sản phẩm vả tạo ra những sản phẩm

7

hao hụt nhiều trong quá trình tao mang, Bên cạnh đó, phương pháp nảy chỉ phủ hợp với một số loại vật liệu nhất định

1.3 Lý thuyết tạo màng bằng phương pháp điện phân

1.3.1 Điện cực

Điện cực là một cặp oxi hóa — khử của một nguyên tố hóa học bao gồm dạng oxi hỏa (ở mức oxi hóa cao) và dạng khử (ở mức oxi hóa thấp hơn) của nguyên tố

nguyên tử Cu (dạng khử) Điện cực đơn giản nhất và thường gặp là thanh kim loại được

dung dich CuSOs chita ion Cu, điện cực đông sẽ được kí hiệu như sau:

điện phân (sự điện phân)

tinh điện cụclà quả trình trọng đồ sức diễnhh làn ứng trao đối cl với các điện cực Quá trình điện cực được chia thành hai loại là quá trình cathode và

nhận electron tử điện cực) Quá trinh anode 1a quá trình điện cực oxi hóa chất khứ

anode va mot quá trình cathode xảy ra đồng thời

Điện cực mà tại đó xảy ra quá trình cathode được gọi la cathode, Phan dung dich xung quanh cathode được gọi là catholyte Ngược lại, điện cực mà tại đó xảy ra

anolyte.

giữa điện eye véi catholyte va anolyte

1.3.2 Thế điện cực và thế điện cực tiêu chuẩn

Xét một điện cực bao gồm một thanh kim loại M nhúng vào trong dung dịch có chứa ion M°', điện cực này được kí hiệu là MỊM"" Khi đó, giữa hai pha của điện cực

sẽ có sự di chuyển của các điện tích lảm cho bề mặt hai pha tích điện trái dấu nhau (nhưng bằng nhau về độ lớn) vả được gọi là lớp điện kép giữa hai pha của điện cực

Sự tạo thành lớp điện kép làm xuất hiện sự chênh lệch về điện thế giữa pha rắn

và pha lỏng của điện cực, hiệu số này được gọi là thể Galvani ¿2 với

Ag=¢,-4%,- () trong đỏ, œ„ là điện thế của pha rấn điện cực,

của pin gồm điện cực khí hydrogen ở điều kiện tiêu chuẩn và điện cực MiM°', được

của điện cực và bước nhảy thể giữa kim loại làm điện cực với kim loại thứ ba được gắn vào hai điện cực của pin

đó và điện cực khí hydrogen ở điều kiện tiêu chuẩn, kí hiệu là ¿' Thể điện cực

tiêu chuẩn có thể nhận giá trị dương hoặc âm tủy thuộc vào bản chất của điện cực

Giá trị thể điện cực liên hệ với thể điện cực tiêu chuẩn theo phương trình

va a,, lan lượt là hoạt độ của ion M" và nguyên tử M

“Thế điện cực tiêu chuẩn của một số điện cực được thể hiện trong bảng dưới đây

Điện cực Qua trình điện cực Thế điện cực tiêu chuẩn (V)

xảy ra trong bình điện phân có thể khác nhau

1.3.3 Sự vận chuyển các ion trong dung dịch

Trong quá trình điện phân, các ion sẽ di chuyển trong dung dịch đến các điện cực

để tham gia vào các quá trình phản ứng Xét loại ion thứ ¡ , dòng chuyển đời của các ion

đó trong dung dịch được xác định thông qua biêu thức vetor mật độ dòng vận chuyển

trong đó J, là vector mật độ đỏng vận chuyển ion tính theo mol, 7, được gọi là hệ số khuếch tán, e, là nông độ ion trong dung địch điện phân, z, là điện tích của ion, 1, là

độ linh động của ion và z, là điện thế dung dịch

Bên cạnh đó, trong quá trình di chuyển và tham gia vào các phản ứng ở điện cực,

sự cân bằng vật chất vẫn phải tuân theo phương trình Nernst — Planck

Po vd ue, =0, (4)

điện dù có xảy ra phan ứng ở điện cực, do đó

1.3.4 Các quá trình xây ra ở điện cực

Quá trình tạo mảng điện phân diễn ra thông qua các phương trình oxi hóa - khử xảy ra ở các điện cực Xét một bình điện phân bao gồm hai điện cực đều được làm từ

quá trình oxi hóa

M—M*+nc

Ở điện cực cathode xảy ra quá trình khử

M™ +ne — M

Sự khử hay oxi hóa ở các điện cực được phân loại dựa trên một đại lượng được gọi

Li mat d6 dong téng j (net current density) ở mỗi điện cực với

(6) Trong đỏ, j là mật độ dong electron xuất phát từ điện cực để đi vào dung dịch vả khử các ion trong dung dịch điện phân được gọi là mật độ dong cathode, j, là mật độ đòng electron xuất phát từ dung dịch vả đi vào điện cực do sự oxi hóa các nguyên tử kim loại ớ bể mặt điện cực được gọi là mật độ dỏng anode Ở điện cực, sự khử sẽ chiếm ưu thế nếu j, > j, hay j > 0 Ngược lại, sự oxi hỏa sẽ chiếm ưu thể nếu j < 7,„ tương ứng với j < 0

Khi mật độ đông anode bằng mật độ dòng cathode, tức là j = j điện cực vả

dụng dịch cân bằng với nhau, bước nhảy thế giữa điện cực và dung dịch (thế Galvani)

lúc này được gọi là mật đô ding trao đổi i, Bing thực nghiệm, người ta có thể xác định

oại điện cực và nhiệt độ của hệ

1.3.5 Qué thé và phương trình Budler ~ Volmer

Nếu cho đỏng điện tử nguồn bên ngoải đi qua các điện cực, thế điện eye Ay sé ngay lập tức bị lệch khói giá trị thể điện cực cân bằng ^z, Lúc nảy, mật độ dỏng tông

ở điện cực sẽ có giá trị khác 0 Độ lệch thể điện cực đó được gọi lả quá thế „ với

n= Ap - Ag, = 04 -% — AP,» a) trong đó, ø là điện thể pha rằn của điện cực khi có dòng điện chạy qua Mật độ dòng tổng qua điện cực có mối liên hệ với quá thế thông qua phương trình Butler ~ Volmer

trong dd, a, va a, là lần lượt là hệ số truyền điện tích qua anode va cathode,

f la hg sé thu gon véi f=

Lưu ý, a, +a, =n véi n 1a sé electron trao đổi trong phản ứng điện cực

Sie tao thành lớp màng phủ ở điện cực cathode

Mật độ mặt của lớp ion loại ¡ bị khử để tạo thành mảng phủ ở cực cathode i c,,

tuân theo phương trình

de — R= vi =— (9)

trong đó, R._, 1a toe d6 phan ing cia ion,

v,,, la bé sé stoichiometric cita ion,

j,,, la mat d6 dong tong cua ion qua dign eye,

13

với ẤM, là khối lượng mol của ion,

ø, là khối lượng riêng của kim loại tạo thành màng phủ

2.1 Phần mềm mô phông COMSOL

Hiện nay, phần mềm mö phỏng COMSOL Multiphysies" được các nhả khoa học và các nhả kĩ sư sử dụng rộng rãi để mô phỏng các mẫu thiết kế, thiết bị vả quá trình trong

COMSOL Multiphysies” là một nền tảng mô phỏng cung cap day đủ các công cụ

để thực hiện mô hình hóa các quá trình từ đơn vật lý đến đa vật lý Trình tạo mô hình của phần mềm (Model Builder) bao gồm tắt cả các bước cần có trong quy trình lập

hiện tượng cho đến việc thực hiện tính toán và đánh giá kết quả Phần mềm COMSOL có thể được sử dụng để mô phỏng nhiều quá trình và đối tượng vật lý khác nhau như: điện từ học, cơ học, ảm học, chất lưu, sự truyền nhiệt và các

hiện tượng vật lý khác nhau trong một mô hình duy nhất nhằm khảo sát đồng thời

mô hình hóa trong COMSOL như sau:

~ Bước I: Tạo lập hình học và thiết kế với sự hỗ trợ của máy tỉnh (CAD - Computer- Aided Design)

~ Bước 2: Mô hình hỏa dựa trên vật lý

- Bước 3: Mô hình hóa dựa trên phương trình

~ Bước 4: Chia lưới (Meshing)

~ Bước 5: Nghiên cứu và tôi ưu hỏa

~ Bước 6: Thực hiện tính toán

~ Bước 7: Trực quan hóa và đánh giá kết quả

š : ăn COMSOL a 5.6 sit rằng những nguyện ty về phì mảng điện hỏa Mô hinh

inh dang là hình hộp

11H SM kiã M3 lf 3/4/68 500/001/GE: SIM g5 S8) ee

kim oi đồng vào dick Qk SHAR CHSC ĐI me aavcite halt &-rŠÌnolisfisbrr tàng (Hình 2.1)

Hình 2.1 Minh họa hệ tạo màng với ba điện cực theo hai góc nhìn khác nhan, trong đó điện cực ở giữa là cathode và hai điện cực nằm bên ngoài là anode

điện cực và nồng độ dung dịch đối với sự phân bố mật độ dòng trong dung dịch

việc thay đổi lần lượt một trong ba yếu tổ sau: (1) khoảng cách giữa các điện cực,

mức điện thế cao hơn cathode), (3) nồng độ dung dịch CuSO:

3.1 Sự phân bố mật độ dòng ở bề mat cathode

Đầu tiên, chúng tôi tiến hành khảo sát phân bố mật độ dỏng trong dung dịch khi thay đôi khoảng cách giữa các điện cực Trong trường hợp nảy hiệu điện thể

dung địch CuSO¿ là e = 0,5 M Sự phân bỗ mật độ dòng trong dung dịch điện phân được thể hiện như ở Hình 3.1