بررسي رشد دندريتي در حسگرهاي خوردگي و روشهاي کنترل آن

STUDENT

DEGREE

YEAR

Galvanic corrosion sensors commonly used for monitoring of atmospheric corrosion. Newly developed thin film sensor consists of two copper electrodes mounted on a polymeric or composite substrate. Two copper electrodes act as a cathode and anode. This sensor is a type of electrical circuits. One of the problems with these corrosion sensors is dendrite formation around cathode which creates a short circuit between the electrodes and the sensor is no longer usable. Dendrite formation is due to the moisture adsorption and anodic dissolution. Dendritic growth has been a known process in failure of microelectronic devices. In this research samples were prepared to evaluation of this phenomena corrosion sensors by using potentiodynamic polarization, potentiostatic and cyclic Voltammetry tests and scanning electron microscopy. Important parameters are the amount of potential difference applied, electric field between two electrodes, existence of sharp edges(surface roughness) and the rate of copper dissolution (affected by pH and contaminations). It is recognized that surface properties of substrate such as texture and morphology has an important role on the rate of nucleation in electrodeposition process. According to the similarity of dendritic growth to electrodeposition, the effect of electrodeposition of copper on cathode electrode from acidic sulfate bath investigated in this research. Direct current without additive and with KCl addition and also pulsed current were used for electrodeposition. In DC plating process with increasing current density deposits become coarser and evolution of (220) observed. By using 5×10 -4 mol/lit KCl additive intensity of (222) planes at current density of 5 mA/cm 2 and (111) planes at current density of 50 mA/cm 2 increased. In the higher amount of KCl (9×10 -4 mol/lit) preferential texture of deposits were (220). By using pulsed current, (5 mA/cm 2 ) deposit has a random orientation. In high pick current densities at pulsed electrodeposition, excessive growth of planes observed in SEM images that led to increase in surface roughness. KCl addition led to formation of smooth deposits that has a very low specific electrical resistance. Dendritic growth behavior of coated samples evaluated by using electrochemical techniques. In was observed that using KCl additive and pulsed electrodeposition at low current densities results in increase of short circuit time bye three to five times. Because of coarser morphology, samples coated at high current densities have not a higher short circuit time than uncoated sample. Morphology and texture of deposits have a main role in short circuit time. The effect of morphology is much higher than texture. These effects related to the decrease in surface energy. Evolutiom of random orientation has a positive effect on increasing the short circuit time, while increasing of (222) and

حسگرهاي گالوانيکي خوردگي براي پايش خوردگي اتمسفري استفاده مي‌شوند. در يکي از اين حسگرها که اخيراً مورد توجه قرار گرفته است، از دو الکترود مس که بر روي زيرلايه کامپوزيتي يا پليمري قرار گرفته اند، به عنوان آند و کاتد استفاده مي‌شود. اين حسگرها نوعي از مدارهاي الکترونيکي هستند. تحت شرايط کاري با جذب رطوبت محيط و اثر آلودگي‌ها، دندريت‌هاي مس بر روي سطح کاتد تشکيل شده، رشد يافته و به سطح آند مي‌رسند و سبب اتصال کوتاه مي‌شوند. و در نتيجه اين حسگر کارايي خود را پس از مدتي از دست مي‌دهد. چنين مکانيزم اتصال کوتاه در انواع مدارهاي الکترونيکي نيز به وفور مشاهده شده است. در اين تحقيق با ساخت نمونه‌هاي آزمايشگاهي (الکترودهايي به عرض ?m250 و فاصله ?m 500) پارامترهاي مؤثر بر اين پديده بوسيله آزمون‌هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميک، پتانسيواستات، ولتامتري سيکلي و ميکروسکوپ الکتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت. ميزان اختلاف پتانسيل اعمالي، تمرکز ميدان الکتريکي در لبه‌هاي تيز و نرخ انحلال مس (وابسته به pH و ميزان آلودگي‌هاي محيط) از عوامل تأثير گذار در رشد دندريتي و اتصال کوتاه در حسگرهاي خوردگي هستند. در ادامه بررسي روش‌هاي افزايش زمان اتصال کوتاه صورت گرفت. خواص سطحي زيرلايه (از مورفولوژي و زبري) در حين فرايند رسوب دهي الکتريکي بر نحوه جوانه زني مؤثر است. با توجه به مشابهت رشد دندريتي در حسگرهاي خوردگي با رسوب دهي الکتريکي، اثر پوشش دهي سطح کاتد به روش رسوب دهي الکتريکي در محلول سولفات مس/ اسيد سولفوريک با استفاده از جريان مستقيم (با افزودني KCl و بدون افزودني) و جريان پالسي بررسي شد. در روش جريان مستقيم بدون افزودني با افزايش دانسيته جريان پوشش دهي مورفولوژي ناهموارتر شده، زبري و شدت نسبي صفحات (220) اندکي افزايش يافت. با استفاده از افزودني KCl به ميزان mol/lit 4- 10×5 شدت صفحات کريستالي در دانسيته جريان‌هاي 5 و mA/cm 2 50 حالت نزديک به راندم پيدا کرد. در غلظت بالاتر KCl (mol/lit 4- 10×9) بافت نسبي همواره (220) بود و شدت آن افزايش پيدا کرد. در روش استفاده از جريان پالسي افزايش شدت نسبي صفحات (200) و (311) در به ترتيب دو دانسيته جريان پيک 5 و mA/cm 2 20 مشاهده شد که سبب ايجاد حالت راندم شد. در دانسيته جريان‌هاي بالاي پوشش دهي به روش پالسي رشد افراطي برخي دانه‌ها ديده شد. پوشش‌هاي ايجاد شده با استفاده از افزودني KCl در دانسيته جريان پايين مورفولوژي بسيار مناسب و کمترين مقاومت ويژه الکتريکي را داشتند. ارزيابي رفتار رشد دندريتي نمونه‌هاي پوشش داده شده نشان داد که پوشش‌هاي ايجاد شده در دانسيته جريان‌هاي پايين با استفاده از افزودني KCl و جريان پالسي سبب سه تا پنج برابر شدن زمان اتصال کوتاه مي‌شوند. پوشش‌هاي ايجاد شده در دانسيته جريان‌هاي بالا به علت مورفولوژي نسبتاً نامناسب تأثير قابل توجهي در افزايش زمان اتصال کوتاه نداشته و در برخي موارد سبب کاهش شديد زمان اتصال کوتاه شدند. مورفولوژي پوشش‌ها عامل تأثير گذار در افزايش زمان اتصال کوتاه است. زماني که مورفولوژي صافي ايجاد مي‌شود، اثرات شدت صفحات کريستالي نيز مشاهده مي‌شود. اثر شدت صفحات کريستالي (111) و (200) مربوط به کاهش انرژي سطحي با کاهش انديس صفحات است. ايجاد پوشش صاف با زبري کم وکاهش انرژي سطحي سبب افزايش نرخ جوانه زني مي‌شود. با تشکيل جوانه‌هاي زياد از رشد افراطي دندريت‌ها جلوگيري شده و تعداد دندريت‌ها افزايش مي‌يابد.