전기 스탬프를 통한 국소 적인 목욕없는 금속 복합 도금
Summary
여기에 제시 된 목욕없는 전기 도금의 프로토콜입니다, 여기서 복합 입자를 포함하는 정체 된 금속 소금 붙여넣기는 높은 하중에서 금속 복합체를 형성하기 위해 감소된다. 이 방법은 금속 매트릭스에 복합 입자를 포함시키는 다른 일반적인 형태의 전기 도금 (제트, 브러시, 목욕)이 직면한 문제를 해결합니다.
Abstract
금속 매트릭스에 내장된 입자가 포함된 복합 도금은 금속 코팅의 특성을 향상시켜 전도성, 단단하고 내구성이 뛰어나거나 윤활또는 형광을 할 수 있습니다. 그러나, 복합 입자가 1) 충전되지 않기 때문에 금속 도금보다 더 어려울 수 있으며, 2) 음극에 강한 정전기 매력이 없기 때문에, 2) 교반하는 동안 음극에 정체된 상태로 유지하기에는 너무 크다. 여기서는 양극과 음극 니켈 플레이트가 큰 현수진 인광 입자와 수성 막을 포함하는 수성 농축 전해질 페이스트를 끼워 넣은 목욕없는 도금 방법의 세부 사항을 설명합니다. 전위를 적용한 후, 니켈 금속은 정체된 인광 입자 주위에 증착되어 필름에 포획됩니다. 복합 코팅은 필름 거칠기, 두께 및 복합 표면 적재를위한 광학 현미경 검사를 특징으로합니다. 또한, 형광 분광법은 다양한 전류 밀도, 코팅 지속 시간 및 인광체 적재의 효과를 평가하기 위해 이러한 필름의 조명 밝기를 정량화하는 데 사용할 수 있습니다.
Introduction
전통적인 전기도금은 다양한 금속, 합금 및 금속 복합재의 박막을 전도성 표면에 증착하여 의도된 응용 프로그램1,2,3, 4,4,5,6,7,8,9,10,11,12에대해 기능화하는 데 널리 사용된다. 이 방법은 항공 우주, 자동차, 군사, 의료 및 전자 장비 제조에 사용되는 부품에 금속 마감을 추가합니다. 도금되는 물체인 음극은 금속 염 전구체를 포함하는 수성 욕조에 침수되어 화학 또는 전기 전위물의 적용에 의해 물체 표면의 금속으로 감소된다. 비충전 복합 입자는 금속 산화물 및 카바이드의 경우 경도가 증가하기 위한 필름 특성을 향상시키기 위해 코팅 하는 동안 배스에 첨가하여 금속 필름에 통합될 수 있으며, 중합체로 부드러움 또는 액체오일(12,13)을사용하는 윤활유를 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 입자는 음극에 내재된 매력이 없기 때문에 금속에 통합되는 복합체의비율은13,14,15의목욕 도금에 대해 낮게 유지된다. 이것은 성장하는 금속 막에 의해 삽입 될 만큼 긴 음극에 흡착하지 않는 큰 입자에 특히 문제가된다. 또한, 수성 용액에서 수분 입자가 졸바트되고 수분 공급 쉘은음극(16)과의접촉을 방해하는 물리적 장벽 역할을 한다.
일부 유망한 방법은 건조 비극성 용매를 사용하여 수분 장벽을 완전히제거함으로써이러한 효과를 완화하는 것으로 나타났으며, 또는 입자와 음극 사이의 접촉을 허용하기 위해 수분 쉘을 방해하는 충전된 계면활성제분자(16)로 복합 입자를 꾸미는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 방법은 유기 물질을 수반하기 때문에, 이러한 유기 물질의 필름 및 분해에서 탄소 오염이 가능하여 전극에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 사용되는 유기 용매(DMSO2 및 아세타미드)는 공기 가 없는 코팅을 위한 불활성 분위기에서 130°C로 가열되는; 그러나, 우리는 공기에서 코팅하는 동안 불안정한 것으로 나타났습니다. 전극에서의 저항 성 가열로 인해 유기 물질과의 레독스 반응은 이질적인 핵 형성 및 금속 나노 입자(18)의성장을위한 불순물 또는 부위를 초래할 수 있습니다. 그 결과, 입자 음극 흡착의 오랜 도전을 해결하는 유기가 없는 수성 감전 방법이 필요합니다. 지금까지 금속 복합 목욕 코팅은 직경19의 마이크로미터까지 입자를 포함하고 15% 로딩16,17까지높은 것으로 나타났다.
이에 대응하여, 복합 입자가 큰 크기와 히스테리성자연(20)에도불구하고 고표면 커버리지에서 필름에 내장되도록 하는 무기 무식 전기스탬핑 방법을 설명합니다. 목욕을 제거함으로써, 공정은 위험한 코팅 액체의 용기를 포함하지 않으며 도금되는 개체는 침수 될 필요가 없습니다. 따라서, 크고, 번거롭거나, 부식또는 물에 민감한 물체는 복합재가 있는 일부 영역에서 도금 또는 “스탬프”될 수 있다. 또한 과도한 물을 제거하려면 액체 유해 폐기물을 덜 세척해야 합니다.
여기서는 비독성 및 공기 안정유로피움과 이스프로슘 도핑, 스트론튬 알루미나트(87± 30 μm)를 높은 하중(최대 80%)으로 공동 증착하여 밝은 형광금속 필름을 생산하는 방법을 시연합니다. 이것은 목욕에서 도금되었기 때문에 작은 (나노미터 내지 몇 마이크로미터)인스포어(12)로제한된 이전 예와 는 대조적으로 옵니다. 또한, 이전에 보고된 전기침유필름은 플라즈마 전해질산화(21)를가진 알루미나 필름에서 1-5 μm 발광 스트론튬 알루미나 액정을 성장시킨 최근의 보고서를 제외하고는 단파 UV-light 하에서만 형광을 보고하였다. 형광금속필름은 도로표지판조명21,항공기 정비장비 위치 및 식별20,자동차 및 장난감 장식, 보이지 않는 메시지, 제품 인증22,안전 조명, 기계노크로믹 응력 식별10, 마찰형 마모 육각검사12,16등 조광환경과 관련된 많은 산업에서 광범위한 응용제품을 가질 수 있다. 빛나는 금속 표면에 대한 이러한 잠재적 인 사용에도 불구하고,이 방법은 또한 전기 도금을 통해 이전에 불가능했던 금속 복합 기능 코팅의 새로운 다양성을 생산하기 위해 추가 큰 및 / 또는 히스테리 복합 입자를 포함하도록 확장 될 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
전기 스탬핑의 중요한 단계. 목욕없는 전기 스탬프는 전통적인 목욕 전기 도금과 동일한 중요한 단계를 많이 공유합니다. 여기에는 전극의 적절한 세척, 전해질에 금속 이온을 혼합하고 음극에 금속을 감소시키는 외부 또는 화학 (전기도금) 전극을 적용하고 화학적 (전동도금) 전극에 금속을 줄이는 것이 포함됩니다. 또한, 양극과 음극의 산화는 신속하게 물로 헹구고 이러한 전극을 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 항공기 장비 신뢰성 및 유지 관리 개선 프로그램과 Patuxent 파트너십에 의해 지원되었습니다. 타운 센드는 ONR 교수 연구 펠로우십에 의해 지원되었다. 저자는 또한 SMCM 화학 및 생화학 학과 교수와 학생들의 일반적인 지원을 인정, SMCM 축구 팀의 지원을 포함.
Materials
| 37% M Hydrochloric Acid (aq) | SigmaAldrich | 320331-500ML | corrosive – handle in fume hood |
| 70% Nitric Acid (aq) | SigmaAldrich | 438073-500ML | corrosive – handle in fume hood |
| Barium magnesium aluminate, europium doped (s) | SigmaAldrich | 756512-25G | fine powder |
| Boric Acid (s) | SigmaAldrich | B6768-500G | toxic |
| Cotton Swab | Q-tips | Q-tips Cotton Swabs | |
| ImageJ | National Institutes of Health | IJ 1.46r | free software |
| Nickel (II) chloride hexahydrate (s) | SigmaAldrich | 223387-500G | toxic |
| Nickel (II) sulfate hexahydrate (s) | SigmaAldrich | 227676-500G | toxic |
| Nickel foil (s) | AliExpress | Ni99.999 | |
| Nitrile gloves | Fisher Scientific | 19-149-863B | |
| nylon membrane (s) | Tisch Scientific | RS10133 | |
| Optical Microscope equipped with FTIC filter (470 ± 20 nm) | Nikon | Eclipse 80i | |
| Plastic Wrap | Fisher Scientific | 22-305654 | |
| Porcelain Mortar | Fisher Scientific | FB961A | |
| Porcelain Pestle | Fisher Scientific | FB961K | |
| Potassium Hydroxide (s) | SigmaAldrich | 221473-25G | corrosive |
| Potentiostat with platinum wire | Gamry Instruments | 1000E | |
| Scoopula | Fisher Scientific | 14-357Q | |
| Spectrofluorometer | Photon Technology International | QM-40 | |
| Strontium aluminate, europium and dysprosium doped (s) | GloNation | 756539-25G | powder |
| Variable linear DC power supply | Tekpower | TP3005T | |
| Yttrium oxide, europium doped (s) | SigmaAldrich | 756490-25G | fine powder |
Riferimenti
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