Eletrocristalização de cobre a partir de eletrólitos quasi-bidimensionais sujeitos a campos magnéticos

Abstract

A morfologia observada em padrões eletrocristalizados é fortemente influenciada pela convecção presente no eletrólito. Em células eletrolíticas quasi-bidimensionais a convecção pode ser impulsionada por dois diferentes mecanismos. Quando é impulsionada por forças Coulombianas, devido às cargas elétricas localizadas nas ramificações dos depósitos, recebe a denominação de eletroconvecção, quando é resultante de gradientes de concentração no eletrólito, que geram gradientes de densidade, é denominada convecção induzida pela gravidade. Neste trabalho, descrevemos os resultados de experimentos de eletrocristalização de cobre em células eletrolı́ticas quasibidimensionais submetidas à presença de um campo magnético. Estes demonstraram que um campo magnético é capaz de alterar a morfologia dos depósitos e de aumentar a taxa de transporte de ı́ons, quando a eletrocristalização é realizada em meio ácido. Quando na presença de um campo magnético orientado no plano da célula, o padrão eletrocristalizado exibiu uma assimetria resultante do crescimento preferencial no lado da célula onde as forças de Lorentz e gravitacional têm sentidos opostos. Os resultados experimentais sugerem que este fato não está diretamente relacionado ao aumento na taxa de transporte e foi interpretado como resultante da contínua competição entre a convecção induzida pela gravidade e a eletroconvecção. Acreditamos que a presença do campo magnético altera o equilíbrio das forças envolvidas, tornando a eletroconvecção o mecanismo dominante na região onde o crescimento é intensificado.

The convection is important in the definition of the morphology of the electrocrystallization patterns. In a quasi-two-dimensional electrolytic cells the convection is mostly driven by Coulombic forces due to local electric charges, eletroconvection, and by buoyancy forces due to concentration gradients that lead to density gradients, gravity induced convection. In this work we describe results of copper electrocrystallization in quasi-two-dimensional electrolytic cell experiments. These results demonstrate that a magnetic field is capable to alter the morphology of the deposits and of increasing the electrodeposition rate, when the deposition is accomplished in acid solution. When the electrocrystallization was accomplished in the presence of a magnetic field oriented in the plan of the cell, the exhibited pattern was assimetric. The growth was observed to predominate in the direction where both the Lorentz and gravitational forces are in a contrary orientation. The experimental results suggest that this fact is not directly related to the increase in the electrodeposition rate and it was interpreted as being resulting from the continuous competition among the convection induced by gravity and electroconvection. We believe that the presence of the magnetic field alters the balance of the involved forces, making the electroconvection the dominant mechanism in the area where the growth was intensified.