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摘要：枝晶生長是電沉積過程中存在的一個較為重要的問題，在以電解法生產(chǎn)金屬時，往往會因為枝晶的生長而影響生產(chǎn)的正常進行，對枝晶生長的過程和形貌進行研究，以實現(xiàn)對這一生長現(xiàn)象的深入了解，無疑會對在錯綜復(fù)雜的工業(yè)過程的順利進行以及得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品有所幫助。此外，由于在電沉積生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的枝狀晶具有形式上的對稱性的實質(zhì)上難以理解的復(fù)雜性而進一步吸引了科學(xué)工作者的廣泛興趣。然而這些沉積生成的枝晶，其形貌上呈現(xiàn)出的極不規(guī)則、極其復(fù)雜的幾何特征，這一非線性的生長問題用傳統(tǒng)的歐氏幾何來處理是十分困難的，甚至于無法獲得數(shù)值解，所以在近半個世紀以來一直困擾著科學(xué)工作者。 在計算機已經(jīng)得到迅速發(fā)展的今天，人們廣泛地將計算機應(yīng)用于各種生長過程的模擬中，計算機模擬的一個主要優(yōu)點是可以隨意地設(shè)定或改變各種參數(shù)，編寫一個不太復(fù)雜的程序后，計算機就可以自動執(zhí)行，完成大量繁瑣的工作量，最后產(chǎn)生一個人們期待的或者意想不到的結(jié)果。分形的計算機模擬，有重大的應(yīng)用價值。在計算機的幫助下，結(jié)合分形幾何的基本理論，通過模擬，解決了一些經(jīng)典電化學(xué)未能顧及的問題，從而可以實現(xiàn)對枝晶生長情況更為真實客觀地理解和把握，引導(dǎo)出更為精細的結(jié)論，這無疑將對枝晶生長問題的進一步研究從基理上提供巨大的幫助。
在論文中，以分形與電化學(xué)相結(jié)合，通過對DLA模型進行改進，使用計算機對金屬在以點電極、平行板電極作為陰極進行電沉積時所生成的沉積產(chǎn)物的形貌進行了模擬，對使用不同形狀的點陰極、不同離子沉積速度以及沉積過程中不同階段時生成沉積物的形貌進行了計算機模擬，并從分形維數(shù)的角度對模擬結(jié)果之間存在的差異進行了比較、說明。在此基礎(chǔ)上，以金屬銅和金屬鋅的電沉積過程中的枝晶的二維生長情況為實例進行了實驗，從物理學(xué)的角度對枝晶的生長進行研究，實現(xiàn)了對二維條件下，不同情況時金屬生長規(guī)律和形態(tài)進行定量的研究，得到了沉積產(chǎn)物形貌與相關(guān)條件的相互關(guān)系，并對金屬銅電沉積過程中，通過裝置的電流隨沉積時間的變化情況進行了測定、分析，最后，從分形維數(shù)的角度對實驗獲得的金屬銅、金屬鋅電沉積產(chǎn)物形貌與電解實驗所使用的電解液濃度、外加電壓以及實驗溫度等條件的相互關(guān)系進行了研究、分析。
研究認為： 在模擬點電極的電沉積過程中，粒子移動速度增加時，生成的粒子團簇形貌有由疏松分枝發(fā)展為致密結(jié)構(gòu)的生長趨勢;對于模擬平行板電極的電沉積過程，離子移動速度的變化對模擬產(chǎn)物形貌的影響不大。但是隨著粒子移動速度的加大，對兩種電極而言，所得到的粒子團簇的分形維數(shù)均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。
