Электролит для получения рениевых пленок
ELECTROLYTE FOR THE PRODUCTION OF RHENIUM FILMS

Изобретение относится к области синтеза наноматериалов, в частности к получению тонких пленок рения электролизом хлоридных водных растворов. Тонкие рениевые пленки, нанесенные на различные подложки, могут использоваться в качестве подслоя для высокотемпературной гальванопластики и являются перспективным материалом для производства полупроводниковых элементов, использующихся в аэрокосмической технике, радиотехнике, электронике и других областях.
2
4
2
4
3
Известен сернокислый электролит /1/ для синтеза рениевых пленок электролизом. Электролит представляет собой водный раствор HSO (pH  2), содержащий добавку сульфата натрия и использующийся при комнатной температуре. Недостатком данного электролита является то, что он содержит добавку сульфата натрия, которая необходима для поддержания должной электропроводности электролита. Это делает электролит более ресурсоемким. Кроме того использование HSO в составе электролита повышает экологическую нагрузку. Согласно ГН 2.2.5.1313-03 от 30.04.2003 серная кислота относится ко 2 классу опасности с предельно допустимой концентрацией в области рабочей зоны 1 мг/м.
Наиболее близким техническим решением (прототипом), позволяющим выделить фазу рения является солянокислый электролит осаждения /2/. Он представляет собой 10 % водный раствор  HCl (pH  2.5), содержащий хлориды щелочных и/или щелочноземельных металлов и растворенные сульфиды рения. Данный электролит осаждения рения используют в диапазоне температур 50–105°. Недостаток солянокислого электролита заключается в том, что для поддержания стабильного электрохимического процесса получения рения необходимо сохранять высокую температуру, что приводит повышению энергозатрат. Кроме того, повышенная температура (особенно в диапазоне 80–105°) вызывает интенсивное испарение компонентов электролита, что приводит к необходимости частой корректировки состава и контроля pH, а также к повышенной экологической нагрузке. Особенностью, дополнительно усложняющей электролит, является наличие в составе хлоридов щелочных и/или щелочноземельных металлов. Дополнительные компоненты в составе приводят к удорожанию электролита.
Технической задачей изобретения является снижение ресурсоемкости электролита, температуры процесса, экологической нагрузки и, как следствие, повышение технико-экономических показателей процесса электролиза тонких пленок рения.
Указанная задача достигается тем, что в качестве электролита для получения тонких рениевых пленок применяется водный раствор содержащий: HCl 200–350 г/л и соединение рения 0,5–10 г/л в пересчете на металл.
Техническим результатом является создание электролита, пригодного к использованию для получения тонких пленок рения электролизом в температурном диапазоне 20–48°. Заявляемый электролит можно охарактеризовать, как решение, в котором воплощены преимущества использования солянокислого раствора: отсутствует необходимость введения дополнительных добавок, реализован низкий диапазон температур эксплуатации электролита, снижена ресурсоемкость и экологическая нагрузка. Демонстрацией технического результата является получение тонких пленок рения и стабильность электролита по концентрации ионов рения в нем в течение электролиза. Применимость вышеизложенных параметров была проверена экспериментальным путем в рамках исследования по получению рениевых пленок на поверхности катода.
Для подтверждения возможности реализации изобретения и достижения заявленного технического результата рассмотрим примеры осуществления изобретения (см. Таблицу).
2
Пример 1. Электрохимическое получение рениевого слоя проводят в водном растворе соляной кислоты (200 г/л), содержащей 0,501 г/л рения в пересчете на металл. Электролиз ведут при плотности тока 0,1 А/см и температуре 25°, в течение 55 минут. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на катоде выделяется фаза рения в виде равномерно распределенной по поверхности тонкой пленки. Концентрация рения в электролите после проведения электролиза составляет 0,500 г/л рения в пересчете на металл.
2
Пример 2. Электрохимическое получение рениевого слоя проводят в водном растворе соляной кислоты (200 г/л), содержащей 0,511 г/л рения в пересчете на металл. Электролиз ведут при плотности тока 0,1 А/см и температуре 20°, в течение 56 минут. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на катоде выделяется фаза рения в виде равномерно распределенной по поверхности тонкой пленки. Концентрация рения в электролите после проведения электролиза составляет 0,511 г/л рения в пересчете на металл.
2
Пример 3. Электрохимическое получение рениевого слоя проводят в водном растворе соляной кислоты (200 г/л), содержащей 2,512 г/л рения в пересчете на металл. Электролиз ведут при плотности тока 0,1 А/см и температуре 48°, в течение 30 минут. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на катоде выделяется фаза рения в виде равномерно распределенной по поверхности тонкой пленки. Концентрация рения в электролите после проведения электролиза составляет 2,512 г/л рения в пересчете на металл.
2
Пример 4. Электрохимическое получение рениевого слоя проводят в водном растворе соляной кислоты (300 г/л), содержащей 7,500 г/л рения в пересчете на металл. Электролиз ведут при плотности тока 0,2 А/см и температуре 40°, в течение 25 минут. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на катоде выделяется фаза рения в виде равномерно распределенной по поверхности тонкой пленки. Концентрация рения в электролите после проведения электролиза составляет 7,500 г/л рения в пересчете на металл.
2
Пример 5. Электрохимическое получение рениевого слоя проводят в водном растворе соляной кислоты (300 г/л), содержащей 10,080 г/л рения в пересчете на металл. Электролиз ведут при плотности тока 1 А/см и температуре 25°, в течение 20 минут. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на катоде выделяется фаза рения в виде равномерно распределенной по поверхности тонкой пленки. Концентрация рения в электролите после проведения электролиза составляет 10,079 г/л рения в пересчете на металл.
2
Пример 6. Электрохимическое получение рениевого слоя проводят в водном растворе соляной кислоты (350 г/л), содержащей 5,001 г/л рения в пересчете на металл. Электролиз ведут при плотности тока 0,2 А/см и температуре 25°, в течение 45 минут. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на катоде выделяется фаза рения в виде равномерно распределенной по поверхности тонкой пленки. Концентрация рения в электролите после проведения электролиза составляет 5,001 г/л рения в пересчете на металл.
Таким образом, полученные экспериментальные данные подтверждают возможность достижения технического результата совокупностью существенных признаков, характеризующих заявленный электролит. Электролит пригоден для получения тонких пленок рения при сниженной температуре электролиза в диапазоне 20–48°.  При этом использование водного раствора соляной кислоты в диапазоне концентраций 200–350 г/л и отсутствие необходимости введения дополнительных добавок приводит к снижению экологической нагрузки. Кроме того, стабильность электролита по концентрации ионов рения, экспериментально выявленная до и после процесса электролиза, снижает ресурсоемкость электролита. Совокупность этих факторов значительно повышает технико-экономические показатели процесса электролиза тонких пленок рения за счет снижение ресурсо- и энергозатрат.
Источники:
1. Исследование электроосаждения тонких пленок рения методами электрохимического пьезокварцевого микровзвешивания и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии  (Study of the electrodeposition of rhenium thin films by electrochemical quartz microbalance and X-ray photoelectron spectroscopy) // Thin Solid Films. – 2005. – №  483. – P. 50–59.
2. Патент US 3755104, публ. 28.08.1973.