بررسی رشد دندریتی در حسگرهای خوردگی و روش های کنترل آن

حسگرهای گالوانیکی خوردگی برای پایش خوردگی اتمسفری استفاده می شوند. در یکی از این حسگرها که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است، از دو الکترود مس که بر روی زیرلایه کامپوزیتی یا پلیمری قرار گرفته اند، به عنوان آند و کاتد استفاده می شود. این حسگرها نوعی از مدارهای الکترونیکی هستند. تحت شرایط کاری با جذب رطوبت محیط و اثر آلودگی ها، دندریت های مس بر روی سطح کاتد تشکیل شده، رشد یافته و به سطح آند می رسند و سبب اتصال کوتاه می شوند. و در نتیجه این حسگر کارایی خود را پس از مدتی از دست می دهد. چنین مکانیزم اتصال کوتاه در انواع مدارهای الکترونیکی نیز به وفور مشاهده شده است. در این تحقیق با ساخت نمونه های آزمایشگاهی (الکترودهایی به عرض ?m250 و فاصله ?m 500) پارامترهای موثر بر این پدیده بوسیله آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، پتانسیواستات، ولتامتری سیکلی و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. میزان اختلاف پتانسیل اعمالی، تمرکز میدان الکتریکی در لبه های تیز و نرخ انحلال مس (وابسته به ph و میزان آلودگی های محیط) از عوامل تأثیر گذار در رشد دندریتی و اتصال کوتاه در حسگرهای خوردگی هستند. در ادامه بررسی روش های افزایش زمان اتصال کوتاه صورت گرفت. خواص سطحی زیرلایه (از مورفولوژی و زبری) در حین فرایند رسوب دهی الکتریکی بر نحوه جوانه زنی موثر است. با توجه به مشابهت رشد دندریتی در حسگرهای خوردگی با رسوب دهی الکتریکی، اثر پوشش دهی سطح کاتد به روش رسوب دهی الکتریکی در محلول سولفات مس/ اسید سولفوریک با استفاده از جریان مستقیم (با افزودنی kcl و بدون افزودنی) و جریان پالسی بررسی شد. در روش جریان مستقیم بدون افزودنی با افزایش دانسیته جریان پوشش دهی مورفولوژی ناهموارتر شده، زبری و شدت نسبی صفحات (220) اندکی افزایش یافت. با استفاده از افزودنی kcl به میزان mol/lit 4-10×5 شدت صفحات کریستالی در دانسیته جریان های 5 و ma/cm2 50 حالت نزدیک به راندم پیدا کرد. در غلظت بالاتر kcl (mol/lit 4-10×9) بافت نسبی همواره (220) بود و شدت آن افزایش پیدا کرد. در روش استفاده از جریان پالسی افزایش شدت نسبی صفحات (200) و (311) در به ترتیب دو دانسیته جریان پیک 5 و ma/cm2 20 مشاهده شد که سبب ایجاد حالت راندم شد. در دانسیته جریان های بالای پوشش دهی به روش پالسی رشد افراطی برخی دانه ها دیده شد. پوشش های ایجاد شده با استفاده از افزودنی kcl در دانسیته جریان پایین مورفولوژی بسیار مناسب و کمترین مقاومت ویژه الکتریکی را داشتند. ارزیابی رفتار رشد دندریتی نمونه های پوشش داده شده نشان داد که پوشش های ایجاد شده در دانسیته جریان های پایین با استفاده از افزودنی kcl و جریان پالسی سبب سه تا پنج برابر شدن زمان اتصال کوتاه می شوند. پوشش های ایجاد شده در دانسیته جریان های بالا به علت مورفولوژی نسبتاً نامناسب تأثیر قابل توجهی در افزایش زمان اتصال کوتاه نداشته و در برخی موارد سبب کاهش شدید زمان اتصال کوتاه شدند. مورفولوژی پوشش ها عامل تأثیر گذار در افزایش زمان اتصال کوتاه است. زمانی که مورفولوژی صافی ایجاد می شود، اثرات شدت صفحات کریستالی نیز مشاهده می شود. اثر شدت صفحات کریستالی (111) و (200) مربوط به کاهش انرژی سطحی با کاهش اندیس صفحات است. ایجاد پوشش صاف با زبری کم وکاهش انرژی سطحی سبب افزایش نرخ جوانه زنی می شود. با تشکیل جوانه های زیاد از رشد افراطی دندریت ها جلوگیری شده و تعداد دندریت ها افزایش می یابد. این امر سبب افزایش میزان الکتریسیته لازم برای اتصال کوتاه و در نتیجه افزایش زمان اتصال کوتاه می شود. افزایش نرخ جوانه زنی در آزمون های ولتامتری سیکلی و پتانسیواستات، با استفاده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی مشاهده شد.