Contents
Part I Background
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1 The “Nano” Era . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.2 The Concept of This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
2 Electrochemistry and Electrodeposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 The Goal of This Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Charge Transfer in Heterogeneous Electrochemical
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Electrodes and Electrochemical Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 Electrode Classification Based on the Electrode Reaction(s) . . . . 14
2.5 The Nature of the Electron Conductor/Solution Interface . . . . . . . 16
2.6 Electrodes in Experimental Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.7 Polarization and Electrochemical Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.8 Basic Electrode Kinetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.8.1
Activation Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.8.2
Influence of Reactant Transport on the Electrode
Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.8.3
Basic Voltammetric Experiments for Metal
Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.9 Towards the Electrodeposition of Metals: Crystals
and Their Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.9.1
Basic Crystallography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.9.2
Defects on Crystal Surfaces and Within Crystals . . . . . 33
2.10 Nucleation During Electrochemical Phase Formation . . . . . . . . . . 35
2.10.1 Nucleation and Growth Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.11 Major Factors of the Grain Structure of Electrodeposited
Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.12 Composition Aspects of Alloy Electrodeposition . . . . . . . . . . . . . . 46
2.12.1 Selection of the Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.12.2 Basic Codeposition Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
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Part I Background
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1 The “Nano” Era . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2 The Concept of This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2 Electrochemistry and Electrodeposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 The Goal of This Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Charge Transfer in Heterogeneous Electrochemical
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Electrodes and Electrochemical Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 Electrode Classification Based on the Electrode Reaction(s) . . . . 14
2.5 The Nature of the Electron Conductor/Solution Interface . . . . . . . 16
2.6 Electrodes in Experimental Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.7 Polarization and Electrochemical Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.8 Basic Electrode Kinetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.8.1
Activation Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.8.2
Influence of Reactant Transport on the Electrode
Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
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Basic Voltammetric Experiments for Metal
Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.9 Towards the Electrodeposition of Metals: Crystals
and Their Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.9.1
Basic Crystallography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.9.2
Defects on Crystal Surfaces and Within Crystals . . . . . 33
2.10 Nucleation During Electrochemical Phase Formation . . . . . . . . . . 35
2.10.1 Nucleation and Growth Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.11 Major Factors of the Grain Structure of Electrodeposited
Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.12 Composition Aspects of Alloy Electrodeposition . . . . . . . . . . . . . . 46
2.12.1 Selection of the Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.12.2 Basic Codeposition Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
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