Electrocrystallization and characterization of nanostructured gold and gold alloys

Abstract

The kinetics of electrocrystallization of nanostructured gold is investigated and the physical proper-ties of nanostructured materials such as thermal stability, surface roughness and hardness are improved. A new stable non-toxic electrolyte for the electrodeposition of gold and gold alloys is presented. Nanoscaling is achieved by pulse techniques. The possibility of controlling the crystallite size depending on physical and chemical process parameters such as pulse duration, current density, bath temperature, type and amount of additives is shown. A new general equation for the current transient for three-dimensional nucleation and mixed ion transfer and diffusion controlled growth with previous adsorption process based on the existing theories is reported. The theoretical predictions of this equation and its relevance for the analysis of current-time transients are discussed and compared with experimental observations. The characterizations are made by means of in situ high-temperature X-ray diffraction, scanning electron microscopy, atomic force microscopy and microindentation.

Die Kinetik der Elektrokristallisation von nanostrukturiertem Gold wird untersucht und die physikalischen Eigenschaften von Gold und Goldlegierungen wie thermische Stabilität, Oberflächenrauhigkeit und Härte verbessert. Ein neuer, stabiler, nicht toxischer Elektrolyt für die Abscheidung von Gold und Goldlegierungen wird vorgestellt. Nanoskalierung wird durch gepulste Elektrolyse erreicht. Es wird gezeigt, dass es möglich ist, die Größe der Kristallite abhängig von physikalischen und chemischen Herstellungsparametern wie Pulsdauer, Stromdichte, Temperatur des Elektrolyten, Art und Menge der Additive zu kontrollieren. Eine neue allgemeingültige Gleichung, basierend auf bereits bekannten Theorien, die den zeitlichen Stromverlauf für dreidimensionale Keimbildung und gemischten Ladungstransfer bzw. diffusionskontrolliertes Wachstum mit vorherigem Adsorptionsprozess beschreibt, wird entwickelt. Die theoretischen Vorhersagen dieser Gleichung und ihre Anwendbarkeit zur Analyse von Strom-Zeit-Kurven werden diskutiert und mit experimentellen Beobachtungen verglichen. Zur Charakterisierung werden verschiedene Techniken wie in situ-Hochtemperatur-Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Mikroindentation angewendet.