Влияние характеристик поверхностных явлений нитрата марганца на пропитку танталового анода конденсатора

Исследовано влияние концентрации пропиточных растворов нитрата марганца на угол смачивания и степень пропитки пористого танталового анода. Определены количественные характеристики нанесения раствора нитрата марганца на пористые танталовые аноды оксидно-полупроводниковых конденсаторов при пропитке

Ключевые слова: нитрат марганца, диоксид марганца, краевой угол смачивания, свободная энергия поверхности

05.17.01 - Технология неорганических веществ

Покрытия на основе диоксида марганца используют в качестве катодного материала в электронной промышленности при производстве конденсаторов и химических источников тока, а также в производстве высокоактивных катализаторов окисления угарного газа [1-5]. Для получения покрытий оксидно-полупроводниковых конденсаторов используют технологию многостадийного нанесения посредством многоцикловой пропитки пористого электрода растворами Mn(NO3)2 с дальнейшим его пиролитическим разложением (до 30 циклов пропитка-пиролиз). Качество покрытий и число циклов пропитка-пиролиз во многом зависят от поверхностного натяжения раствора нитрата марганца, угла смачивания и свободной энергии на границе раздела «электрод-раствор», влияющих на смачивание пористых танталовых электродов растворами нитрата марганца. В отечественной и зарубежной литературе [3, 6-8] в основном рассматриваются вопросы технологии нанесения покрытий и способы улучшения стадии пропитки электродов растворами нитрата марганца, но отсутствует количественная оценка поверхностного натяжения раствора нитрата марганца, угла смачивания и свободной энергии на границе раздела «электрод-раствор ». В связи с этим целью данной работы являлось изучение поверхностного натяжения раствора нитрата марганца, угла смачивания и свободной энергии на границе раздела «пористый танталовый электрод-раствор Mn(NO3)2 », влияющих на смачивание электродов растворами нитрата марганца и интенсивность пропитки. Экспериментальная часть В качестве исходных материалов для исследования были использованы растворы Mn(NO3)2 , полученные из тетрагидрата нитрата марганца (II) квалификации «осч» с концентрациями 10, 27, 42, 57 и 62,37 мас. %, а так же оксидированные объемно-пористые танталовые электроды заводского изготовления. Динамическую вязкость (μ, мПа×с) растворов нитрата марганца указанных концентраций определяли при помощи вибрационного вискозиметра «A&D SV-10» в термостатируемой кювете при температурах 30, 40, 50 и 60°С с трехкратным дублированием измерений для каждой концентрации. Точность измерений величины μ составляла ±3%. Предварительной стадией измерения краевого угла смачивания (θ, град) была стабилизация танталовых анодов по значению влажности, для чего их подвергали радиационной сушке на влагомере «A&D MS-70» при температуре 110°С в течение 2 минут. Массу высушенных анодов (m1) и анодов пропитанных марганцевыми растворами (m2) оценивали с помощью электронных аналитических весов с точностью до 0,0001 г. После чего на автоматическом тензиометре «Kruss К-100С» проводили измерение краевого угла смачивания анода растворами нитрата марганца (по 3 анода для каждой концентрации при Т=23°С по методу одиночного волокна). При этом, образец танталового анода погружали в исследуемый раствор Mn(NO3)2 с одновременным измерением усилия отрыва от поверхности раствора. Расчет θ осуществляли по формуле: , град. Где F – результирующая сил смачивания и выталкивания стандартной пластины из раствора (мН), σ – поверхностное натяжение Mn(NO3)2 (мН/м), L – периметр смачивания (м). Поверхностное натяжение (σ, мН/м) растворов нитрата марганца определяли на тензиометре «Kruss К-100» методом взвешивания пластинки Вильгельми при температурах: 23, 35, 45, 55ºС. При этом измеряли усилия соприкосновения и отрыва стандартной платиновой пластины с исследуемыми растворами и вычисляли поверхностное натяжение: , мН/м. Где θ=0°, т.к. краевой угол смачивания пластины из θPt = 0°, L – периметр смачиваемой поверхности (м), F – измеряемая сила при погружении пластины в раствор (мН). Свободную энергию поверхности (СЭП) материала анода конденсатора, спеченного из порошка тантала, так же оценивали с помощью тензиометра «Kruss К-100С» на основании краевого угла смачивания поверхности танталового анода растворами нитрата марганца с концентрациями 10, 27 и 62,37% и н-гексана (использованного в качестве стандартной жидкости с известным θ) в термостатируемых условиях (Т=23°С) без разделения на полярную и дисперсную части СЭП. Это позволило определить индивидуальные значения СЭП танталовых анодов при пропитке растворами Mn(NO3)2 с заданными концентрациями. Результаты экспериментов и их обсуждение Результаты измерения динамической вязкости растворов Mn(NO3)2 , вычисленные по трем параллельным измерениям, представлены в таблице 1. Таблица 1 Влияние температуры и концентрации растворов Mn(NO3)2 на динамическую вязкость