Transporte iónico y patrones de crecimiento en electrodeposición ramificada

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2003

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Temas:

TRANSPORTE IONICO - DEPOSITOS METALICOS RAMIFICADOS - GRAVITOCONVECCION - ELECTROCONVECCION - ANALISIS DIMENSIONAL - NUMEROS ADIMENSIONALES - SIMULACION NUMERICA - CRECIMIENTO DIRECCIONADO - SCBE - ECD - CAMPO ELECTRICO PULSADO - ELECTROQUIMICA BIPOLAR - IONIC TRANSPORT - BRANCHED ELECTRODEPOSITS - GRAVITOCONVECTION - ELECTROCONVECTION - DIMENSIONAL ANALYSIS - NUMERIC SIMULATION - DIRECTIONAL GROWTH - SCBE - ECD - PULSE ELECTRIC FIELDS - BIPOLAR ELECTROCHEMISTRY

Descripción:

En este trabajo se investigó la influencia de los distintos modos de transporte iónico (difusión, migración y convección) sobre el crecimiento y la morfología de depósitos metálicos ramificados. El estudio experimental se realizó principalmente por observación videomicroscópica, empleando análisis de imágenes combinado con distintas técnicas, como Schlieren y trazado por partículas, para revelar los gradientes de concentración y los movimientos convectivos. Los experimentos se realizaron galvanostáticamente en celdas planas de pequeño espesor. Se emplearon diversas condiciones experimentales tratando de establecer separadamente la influencia de los modos de transporte más importantes, que son la migración, la convección causada por gradientes de densidad (gravitoconvección) y la causada por el campo eléctrico (electroconvección). Dichas condiciones incluyen cambios de viscosidad, modificación del espesor de la celda y variaciones de concentración del electrolito y de la corriente aplicada. Para analizar los cambios morfológicos se contabilizó el número de ramas y se realizó la medición del área aparente del depósito en las imágenes de video. Los resultados muestran una interrelación compleja entre los modos de transporte, y en general no es posible separar completamente el efecto de cada uno de ellos. Se observa que la migración causa depósitos más uniformes, con ramas muy próximas que crecen a la misma velocidad, mientras que la convecciónprovoca depósitos más desordenados, donde algunas ramas crecen rápidamente consumiendo la solución y provocando la detención de las demás. En estos casos, la presencia de altos campos eléctricos causa depósitos con mayor ramificación; sin embargo, no es posible separar claramente la migración de la electroconvección. En el análisis teórico se aplico un modelo macroscópico general considerando todos los modos de transporte mencionados: las ecuaciones de Nernst-Planck para el transporte iónico, la ecuación de Poisson para el potencial eléctrico y las ecuaciones de Navier-Stockes para el fluido. El análisis dimensional muestra que los números adimensionales de Migración, Poisson y Grashof son relevantes en el estudio del modo de transporte dominante. Se encontró que las predicciones del modelopropuesto concuerdan con los resultados experimentales. Por otra parte, se estudió la formación de contactos entre discos metálicos a través del crecimiento de depósitos en condiciones de electroquímica bipolar. Se investigó experimentalmente la influencia de distintos factores sobre el tiempo de formación y la morfología del contacto. Se encontró que en el período previo al comienzo del depósito el transporte es dominado por la migración, y durante el crecimiento aumenta la influencia de la convección. Asimismo, se estudió mediante simulaciones numéricas la distorsión del campo eléctrico y su efecto sobre el depósito. La influencia del transporte es similar al caso monopolar, aunque la migración tiene aquí un efecto más importante sobre el proceso. Se emplearon también campos eléctricos pulsados, hallándose que se modifica la morfología del depósito, resultando másfino y menos ramificado a altas frecuencias.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3611_Gonzalez