2.2 Верхний слой двухслойной ванны

Верхний слой двухслойной ванны состоит из раствора ПАВ в инертной органической жидкости. В качестве ПАВ в двухслойной ванне чаще всего применяют олеиновую кислоту. Органической жидкостью для растворения ПАВ в работах Натансона и его школы чаще всего являлся толуол. Практически с тем же эффектом были использованы и другие органические растворители (предельные углеводороды, бензол, ксилол и др.). Поверхность катода в процессе вращения покрывается плёнкой, состоящей из компонентов верхнего слоя. На этой поверхности и происходит выделение ультратонких порошковых частиц [9]. Неэлектропроводная плёнка, покрывающая катод в рабочей зоне, продавливается силами электрического поля и в месте «пробоя» возникает зародыш, который продолжает расти в условиях высокого перенапряжения. Скорость роста составляет от единиц до 120 мкм/с. Но при скорости 40 мкм/с и выше растут дендритные нити. Рост кристалла происходит на торце зародыша, обращённом в сторону водного раствора. При этом, боковая поверхность покрывается, за счёт смачивания, неэлектропроводным раствором верхнего слоя, экранируя её и препятствуя разрастанию кристалла в стороны, параллельные поверхности катода [11].

Монокристаллические нити растут, если для приготовления раствора верхнего слоя применяется олеиновая кислота, дополненная некоторыми компонентами. К таким компонентам можно отнести жирные кислоты: азелаиновую, пеларгоновую, адипиновую, себациновую [12]. Их присутствие в растворе улучшает получение нитевидных кристаллов (повышает критическую плотность тока при заданных условиях процесса, делает его более стабильным).

Процесс идёт с выделением нитевидных монокристаллов и в том случае, когда вместо добавления перечисленных выше двухосновных жирных кислот, олеиновую кислоту перед растворением подвергают тепловой обработке с барботированием сквозь неё кислорода [15].

При тепловой обработке олеиновой кислоты с барботажем кислорода происходит её окисление с образованием малорастворимых двухосновных жирных кислот. Такая обработка, как показали исследования, предпочтительнее. Она сразу даёт в олеиновой кислоте весь набор кислот, необходимых для выделения электролизом нитевидных монокристаллов [11].

2.3 Нижний слой двухслойной ванны

Нижним слоем двухслойной ванны является раствор соли выделяемого металла. Вид применяемой соли зависит от природы металла. Так, для получения монокристаллических нитей железа, кобальта, железокобальтового сплава хорошие результаты дают хлориды [6, 18]. Наиболее стабильно процесс выделения медных и серебрянных кристаллов идёт с применением нитратов этих металлов.

Никель по разработанной технологии с применением хлоридных и сульфатных солей получить не удавалось. При электролизе в этом случае выделялся только водород [11].

Важным условием получения нитевидных кристаллов во всех случаях является отсутствие в растворе нижнего слоя компонентов, не выделяющихся электрохимически на катоде. Особенно сильное тормозящее действие (снижающее критические плотности тока почти до нуля, даже при малых концентрациях) оказывают ионы алюминия, щелочных и щелочноземельных металлов, аммония. Поэтому необходимо применять реактивы, содержащие минимальное количество этих компонентов.

Влияние этих ионов на критическую плотность тока можно объяснить изменением структуры двойного слоя и условий подачи реагентов в зону электрохимической реакции. Вместо тока миграции и диффузии для выделяемых металлических компонентов остаётся только ток диффузии (критический ток уменьшается). Кроме того можно объяснить снижение критической плотности тока омылением олеиновой кислоты и существенным изменением её параметров поверхностной активности и изменением активности других компонентов при их взаимодействии с ионами щелочных металлов и аммония. В этом случае активные компоненты верхнего слоя теряют качества, обеспечивающие получение нитевидных монокристаллов [9].

Добавление растворимых органических веществ в нижний слой может, как повышать, так и снижать критическую плотность тока [11].