电聚合表面改性对高纯铝箔侵蚀行为影响研究

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铝电解电容器的阳极铝箔扩面电蚀一般是在酸性较强的介质中进行,在电蚀过程中,酸液会导致铝箔在发孔腐蚀过程中铝箔表面的溶解,使铝箔厚度减少,即降低了铝箔的比表面积,同时也降低了腐蚀铝箔的强度,不利于提高电容器的性能。本文通过电聚合法,在铝箔表面电聚合制备导电聚合物薄膜,进行表面改性,优化高纯铝箔表面状态,将电聚合表面改性铝箔分别进行腐蚀电池法和电极反应耦合法自发侵蚀,以达到改善腐蚀铝箔表面过蚀现象,促进隧道孔生成的目的,并研究电聚合表面改性对铝箔自发侵蚀行为影响的缓蚀效果及机理。本文主要通过断面金相分析、扫描电子显微镜分析、红外光谱分析、原子力显微镜分析、电化学测试方法(包括极化曲线、开路电位-时间曲线、交流阻抗谱)分析、失重率和减薄率分析等方法对腐蚀铝箔样品进行了分析表征,得到了铝箔在腐蚀电池法自发侵蚀和电极反应耦合法自发侵蚀的一些规律,探索了电聚合表面改性工艺条件下对高纯铝箔扩面效果的影响,对比电聚合表面改性前后与无外加电源条件下的腐蚀电池法自发侵蚀和电极耦合法自发侵蚀方式进行侵蚀效果的不同。通过电化学测试方法确定了稳态极化曲线测定的扫描速率,研究了硝酸钠浓度和电聚合表面改性对铝箔电化学腐蚀过程的极化曲线、开路电位、交流阻抗的影响。通过电聚合表面改性的高纯铝箔分别经过腐蚀电池法自发侵蚀和电极反应耦合法自发侵蚀,得到了相似的影响规律。实验结果表明,高纯铝箔经过电聚合表面改性后,缓解了腐蚀箔表面腐蚀脱落产生塌陷、并孔的现象,降低了减薄率,而且在一定程度上促进了隧道孔的生长,增大了腐蚀箔的比表面积。通过单因素实验讨论硫酸浓度和电聚合恒电压对腐蚀箔的影响,综合分析得到高纯铝箔电聚合表面改性条件:单体浓度为0.2mol/L,硫酸浓度≥0.25mol/L,电压为0.4V-2.0V。通过对铝箔表面电聚合法制备的聚合物形貌分析,得到聚苯胺为长度约1μm,直径约500 nm的棒状叠加排列在铝箔表面构成聚苯胺膜,聚吡咯为直径约1μm的球体叠加排列在铝箔表面构成聚吡咯膜,聚噻吩为直径几十纳米的球体叠加排列在铝箔表面构成聚噻吩膜。电化学测试方法分析实验数据得到,高纯铝箔在酸性溶液中腐蚀的稳态极化曲线扫描速度为0.005V/s。加入硝酸钠和导电聚合物均会使铝箔腐蚀电极电位负移,开路电位也随着硝酸钠浓度的增加而负移,电化学腐蚀反应越容易发生。开路电位在约80s时基本达到稳定,但硝酸钠浓度过大会导致腐蚀铝箔表面严重过腐蚀,硝酸钠浓度应控制在0.3mol/L。电聚合表面改性铝箔在此酸性溶液中的电化学阻抗谱显示,腐蚀铝箔电极的容抗弧变大,且r(PTh)>r(PAn)>r(PPy),即极化电阻越大,对铝箔表面缓蚀控制作用越强。
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