随着科学技术的发展,铜的应用开发前景日益广阔。在传统的铜材料基础上,高性能铜材的开发研究已成为现今铜材研究的主要方向,高纯化就是属于其中的一个重要方向。电解精炼是实现高纯化的有效手段,因此,研究铜的电结晶行为将为生产高品质铜提供理论依据。本论文选择硝酸-硝酸铜为电解液,采用三电极体系(钛为工作电极,铂丝为辅助电极,饱和甘汞电极为对电极)对铜在钛基体上的电结晶行为进行了电化学研究,使用原子力显微镜对基底上的产物进行了形貌分析,得到了 pH和沉积电势对形核过程的影响,运用GULP程序并采用分子动力学方法模拟了循环伏安测试条件下铜电结晶形核与生长机制,直观地研究了铜电结晶的微观过程。研究结果表明:(1)在高浓度的硝酸体系下铜电结晶行为不受扩散控制,而是受铜离子放电生成铜原子的过程控制即界面过程控制。(2)通过循环伏安曲线获得铜在钛基底上的形核机制:循环伏安曲线的第一圈的时候,铜在钛基体上的形核是初级均相形核;而在第二圈以后的形核方式为初级非均相形核。铜在同质的铜基体上沉积比在异质钛基体上沉积更容易。实验数据和采用GULP程序模拟数据一致。(3)探明了硝酸-硝酸铜电解液的pH值对铜电结晶形核和长大的影响规律。pH值不改变铜原子的形核机制,但是对铜晶核的生长方式有影响:随着溶液pH值增加,铜晶核粒子尺寸会增大,不规则的晶核粒子增多,钛电极表面的晶核粒子数量减少,并出现空隙。(4)探明了沉积电势对电结晶的影响规律:减少沉积电势,铜晶粒的晶核逐渐减小,数量增加,低沉积电势下更容易得到致密的铜沉积层。(5)在本研究中,最合理的工艺应采用Cu2+浓度40g/L,pH=1,沉积电势-0.45V,此时会得到铜原子排列相对均匀,致密的铜沉积层。