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摘 要通过化学镀方法在玻璃表面制备了纳米铜膜，研究了镀液pH值对化学镀纳米铜膜工艺和晶粒尺寸的影响。结果表明，在碱性环境下，当pH<12.5时，随pH值升高，化学镀纳米铜膜的沉积速率增大，晶粒细化；当pH>12.5时，随pH值升高，沉积速率下降。获得较快沉积速率的纳米铜膜的最佳pH值为12.5。此外，随pH值升高纳米铜膜具有明显的织构变化。
关键词化学镀；纳米铜膜；沉积速率；织构
中图分类号TQ文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0206-01
目前，纳米薄膜的制备方法主要有溅射法、电沉积法、溶胶-凝胶法、真空蒸发法和化学镀法等。在这些方法中，化学镀法操作方便，所需设备简单，镀层具有优良的物理和化学性能，在工程上获得了广泛的应用。影响化学镀工艺的因素主要有温度、pH、沉积时间、镀液组成等。
崔升认为，pH值升高有利于化学镀铜包覆纳米碳化硅反应完全进行，但是不利于均匀镀覆；pH值较低不利于获得包覆良好的纳米粉体。本研究采取了以甲醛为还原剂，以酒石酸钾钠为络合剂，采用不同pH值的优化的化学镀液对对试样施镀，经过反复试验，发现化学镀纳米铜膜的沉积速率和晶粒尺寸与pH值密切相关，得到使玻璃表面化学镀铜具有较高的沉积速率的最适pH值。
1实验
实验所用基体试样为75mm×25mm×1mm的石英玻璃片，采用分析纯试剂和去离子水配制镀液，工艺流程和镀液成分参见文献[5,6]。用重量法分别测试不同pH镀液中的纳米铜膜平均沉积速率，并记录作图。采用D/max 2500PC型X射线衍射仪（XRD）获得纳米铜膜的X射线衍射图谱，XRD衍射条件为Cu靶，加速电压50 kV，扫描速度4°/min。。
2结果与讨论
2.1镀液pH值的影响
图1为pH值对沉积速率的影响。由图1可见最佳pH值范围为12.0-13.0。当pH值较低时，甲醛还原能力减弱（甲醛的还原能力随溶液的碱性而增加），沉积速率很小，镀覆不全，外观质量差；但pH值若太高，化学镀反应剧烈，镀液分解很快，致使镀层起泡，结合力差。
图1 pH值对沉积速度的影响
2.2纳米铜膜的X射线衍射分析
图2为不同pH 值镀液所镀纳米铜膜的X射线衍射图谱。可以看出，化学镀纳米铜膜随镀液pH的升高有明显的织构变化。经计算本实验所制备的纳米铜膜衍射峰峰强比值I（111）/I（200）随pH升高分别为2.08，3.38，4.01。pH值为12.5的镀液沉积的纳米铜膜的衍射峰宽化,这表明此时沉积金属层中Cu晶粒尺寸较小。随pH值升高，平均晶粒尺寸分别为62nm、23nm、27nm。XRD 图谱中没有出现Cu2O相的衍射峰，说明Cu2O在镀层中的夹杂量很小。
图2所镀纳米铜膜的X射线衍射图谱
3结束语
1）镀液的pH值对化学镀纳米铜膜的沉积速率和晶粒尺寸具有显著影响。通过综合考虑，最终得出：pH值为12.5时，在较快的沉积速率下能得到平整光亮的纳米铜膜。
2）XRD分析表明，随pH值升高纳米铜膜具有明显的织构变化。
参考文献
[1]王柏春,朱永伟,许向阳,等.材料导报,2005,19(6):71-74.
[2]姜晓霞.化学镀理论与实践[J].北京:国防工业出版社,2002.
[3]GohWL,Tan KT.The use of electroless copperseed in electrochemical deposited copper interconnect[J].Thin Solid Films 2004:275-278.
[4]崔升,沈晓东,肖苏,等.化学镀法制备金属铜包覆纳米碳化硅[J].粉末冶金技术,2008,26(4):281-290.
[5]ZhangHP,Jiang Z H,LiuXL et al.Surface Review and Letters[J], 2006,13:471
[6]Webb B,Witt C,Andryuschenko T et al. Journal of Applied Electrochemistry[J],2004,34:291
[7]楊文彬,张新超,卢苇,等.磁性ICF玻璃靶丸的化学镀工艺[J].光与粒子束2008,20(8):1297-1300.
[8]Lee D N,Hur K H.The evolution of texture during annealing of elect roless Ni-Co-P deposits[J].Scripta Materialia 1999:213-216.
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关键词化学镀；纳米铜膜；沉积速率；织构
中图分类号TQ文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0206-01
目前，纳米薄膜的制备方法主要有溅射法、电沉积法、溶胶-凝胶法、真空蒸发法和化学镀法等。在这些方法中，化学镀法操作方便，所需设备简单，镀层具有优良的物理和化学性能，在工程上获得了广泛的应用。影响化学镀工艺的因素主要有温度、pH、沉积时间、镀液组成等。
崔升认为，pH值升高有利于化学镀铜包覆纳米碳化硅反应完全进行，但是不利于均匀镀覆；pH值较低不利于获得包覆良好的纳米粉体。本研究采取了以甲醛为还原剂，以酒石酸钾钠为络合剂，采用不同pH值的优化的化学镀液对对试样施镀，经过反复试验，发现化学镀纳米铜膜的沉积速率和晶粒尺寸与pH值密切相关，得到使玻璃表面化学镀铜具有较高的沉积速率的最适pH值。
1实验
实验所用基体试样为75mm×25mm×1mm的石英玻璃片，采用分析纯试剂和去离子水配制镀液，工艺流程和镀液成分参见文献[5,6]。用重量法分别测试不同pH镀液中的纳米铜膜平均沉积速率，并记录作图。采用D/max 2500PC型X射线衍射仪（XRD）获得纳米铜膜的X射线衍射图谱，XRD衍射条件为Cu靶，加速电压50 kV，扫描速度4°/min。。
2结果与讨论
2.1镀液pH值的影响
图1为pH值对沉积速率的影响。由图1可见最佳pH值范围为12.0-13.0。当pH值较低时，甲醛还原能力减弱（甲醛的还原能力随溶液的碱性而增加），沉积速率很小，镀覆不全，外观质量差；但pH值若太高，化学镀反应剧烈，镀液分解很快，致使镀层起泡，结合力差。
图1 pH值对沉积速度的影响
2.2纳米铜膜的X射线衍射分析
图2为不同pH 值镀液所镀纳米铜膜的X射线衍射图谱。可以看出，化学镀纳米铜膜随镀液pH的升高有明显的织构变化。经计算本实验所制备的纳米铜膜衍射峰峰强比值I（111）/I（200）随pH升高分别为2.08，3.38，4.01。pH值为12.5的镀液沉积的纳米铜膜的衍射峰宽化,这表明此时沉积金属层中Cu晶粒尺寸较小。随pH值升高，平均晶粒尺寸分别为62nm、23nm、27nm。XRD 图谱中没有出现Cu2O相的衍射峰，说明Cu2O在镀层中的夹杂量很小。
图2所镀纳米铜膜的X射线衍射图谱
3结束语
1）镀液的pH值对化学镀纳米铜膜的沉积速率和晶粒尺寸具有显著影响。通过综合考虑，最终得出：pH值为12.5时，在较快的沉积速率下能得到平整光亮的纳米铜膜。
2）XRD分析表明，随pH值升高纳米铜膜具有明显的织构变化。
参考文献
[1]王柏春,朱永伟,许向阳,等.材料导报,2005,19(6):71-74.
[2]姜晓霞.化学镀理论与实践[J].北京:国防工业出版社,2002.
[3]GohWL,Tan KT.The use of electroless copperseed in electrochemical deposited copper interconnect[J].Thin Solid Films 2004:275-278.
[4]崔升,沈晓东,肖苏,等.化学镀法制备金属铜包覆纳米碳化硅[J].粉末冶金技术,2008,26(4):281-290.
[5]ZhangHP,Jiang Z H,LiuXL et al.Surface Review and Letters[J], 2006,13:471
[6]Webb B,Witt C,Andryuschenko T et al. Journal of Applied Electrochemistry[J],2004,34:291
[7]楊文彬,张新超,卢苇,等.磁性ICF玻璃靶丸的化学镀工艺[J].光与粒子束2008,20(8):1297-1300.
[8]Lee D N,Hur K H.The evolution of texture during annealing of elect roless Ni-Co-P deposits[J].Scripta Materialia 1999:213-216.
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