इलेक्ट्रोस्टैंपिंग के माध्यम से स्थानीय बाथलेस मेटल-कंपोजिट प्लेटिंग
Summary
यहां प्रस्तुत बाथलेस इलेक्ट्रोप्लेटिंग का एक प्रोटोकॉल है, जहां एक स्थिर धातु नमक पेस्ट जिसमें समग्र कण होते हैं, उच्च लोडिंग पर धातु कंपोजिट बनाने के लिए कम हो जाते हैं। यह विधि धातु मैट्रिक्स में कंपोजिट कणों को एम्बेड करने के इलेक्ट्रोप्लेटिंग (जेट, ब्रश, बाथ) के अन्य सामान्य रूपों के सामने आने वाली चुनौतियों का समाधान करती है।
Abstract
धातु मैट्रिक्स में एम्बेडेड कणों के साथ समग्र चढ़ाना धातु कोटिंग के गुणों को कम या ज्यादा प्रवाहकीय, कठोर, टिकाऊ, चिकनाई या फ्लोरोसेंट बनाने के लिए बढ़ा सकता है। हालांकि, यह धातु चढ़ाना से अधिक चुनौतीपूर्ण हो सकता है, क्योंकि समग्र कण या तो 1) चार्ज नहीं कर रहे हैं ताकि वे कैथोड के लिए एक मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण नहीं है, 2) हाइग्रोस्कोपिक हैं और एक जलयोजन खोल, या 3) द्वारा अवरुद्ध कर रहे हैं, बहुत बड़े कैथोड में स्थिर रहने के लिए, जबकि सरगर्मी । यहां, हम एक बाथलेस प्लेटिंग विधि के विवरण का वर्णन करते हैं जिसमें एनोड और कैथोड निकल प्लेटें शामिल हैं जो बड़े हाइग्रोस्कोपिक फॉस्फोरसेंट कणों और हाइड्रोफिलिक झिल्ली वाले जलीय केंद्रित इलेक्ट्रोलाइट पेस्ट को सैंडविच करते हैं। एक क्षमता लगाने के बाद, निकल धातु स्थिर फॉस्फोर कणों के आसपास जमा हो जाता है, उन्हें फिल्म में फंसाने। समग्र कोटिंग्स फिल्म खुरदरापन, मोटाई और समग्र सतह लोडिंग के लिए ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी की विशेषता है। इसके अलावा, फ्लोरेसेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग विभिन्न वर्तमान घनत्व, कोटिंग अवधि और फॉस्फोर लोडिंग के प्रभावों का आकलन करने के लिए इन फिल्मों की रोशनी की चमक को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।
Introduction
पारंपरिक इलेक्ट्रोप्लेटिंग का व्यापक रूप से विभिन्न प्रकार की धातुओं, अलॉय और धातु-कंपोजिट की पतली फिल्मों को चालकीय सतहों पर जमा करने के लिए उपयोग किया जाता है ताकि उन्हें इच्छित आवेदन1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 12के लिए कार्यात्मक किया जा सके। यह विधि एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव, सैन्य, चिकित्सा और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण में उपयोग किए जाने वाले हिस्सों में धातु खत्म करती है। चढ़ाया जाने वाला ऑब्जेक्ट, कैथोड, धातु नमक अग्रदूत युक्त जलीय स्नान में डूबा हुआ है, जो रासायनिक या विद्युत क्षमता के अनुप्रयोग द्वारा वस्तु की सतह पर धातु तक कम हो जाता है। धातु ऑक्साइड और कार्बाइड, पॉलीमर के साथ चिकनाई या तरल तेलों के साथ चिकनाई12, 13के मामले में बढ़ी हुई कठोरता के लिए फिल्म गुणों को बढ़ाने के लिए कोटिंग के दौरान स्नान में इन्हें जोड़कर गैर-चार्ज किए गए मिश्रित कणों को धातु फिल्म में शामिल किया जा सकता है। हालांकि, क्योंकि इन कणों में कैथोड के लिए एक अंतर्निहित आकर्षण की कमी है, धातु में शामिल समग्र का अनुपात स्नान चढ़ाना13, 14, 15के लिए कम रहता है । यह बड़े कणों के लिए विशेष रूप से समस्याग्रस्त है जो बढ़ती धातु फिल्म द्वारा एम्बेडेड होने के लिए काफी देर तक कैथोड पर एडोर्ब नहीं करते हैं। इसके अतिरिक्त, हाइग्रोस्कोपिक कण जलीय समाधानों में हल करते हैं और उनका हाइड्रेशन शेल कैथोड16के संपर्क में बाधा डालने वाली शारीरिक बाधा के रूप में कार्य करता है।
हाइड्रेशन बैरियर को पूरी तरह से17को हटाने के लिए शुष्क गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स का उपयोग करके या आवेशित सर्फेक्टेंट अणुओं16 के साथ समग्र कणों को सजाने के द्वारा इस प्रभाव को कम करने के लिए कुछ आशाजनक तरीके दिखाए गए हैं जो कण और कैथोड के बीच संपर्क की अनुमति देने के लिए हाइड्रेशन शेल को बाधित करते हैं। हालांकि, क्योंकि इन तरीकों में कार्बनिक सामग्री शामिल है, फिल्म में कार्बन संदूषण संभव है और इन कार्बनिक सामग्रियों का टूटना इलेक्ट्रोड पर हो सकता है। उदाहरण के लिए, उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक सॉल्वैंट्स (डीएमएसओ2 और एसीटामाइड) को हवा मुक्त कोटिंग के लिए एक निष्क्रिय वातावरण में 130 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है; हालांकि, हमने उन्हें हवा में कोटिंग के दौरान अस्थिर पाया। इलेक्ट्रोड पर प्रतिरोधी हीटिंग के कारण, कार्बनिक सामग्रियों के साथ रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप विषम नाभिक और धातु नैनोकणों के विकास के लिए अशुद्धियां या साइटें हो सकतीहैं। नतीजतन, एक कार्बनिक मुक्त जलीय इलेक्ट्रोप्लेटिंग विधि की आवश्यकता है जो कण-कैथोड सोखने की लंबे समय से चली आ रही चुनौती को संबोधित करती है। अब तक, धातु-समग्र स्नान कोटिंग व्यास19 में कुछ माइक्रोमीटर तक कणों को एम्बेड करने के लिए दिखाया गया है और 15% लोडिंग16,17के रूप में उच्च ।
इसके जवाब में, हम एक अकार्बनिक बाथलेस इलेक्ट्रोस्टैपिंग विधि का वर्णन करते हैं जो समग्र कणों को उनके बड़े आकार और हाइग्रोस्कोपिक प्रकृति20के बावजूद उच्च सतह कवरेज पर फिल्म में एम्बेडेड बनने के लिए प्रेरित करता है। स्नान को हटाकर, प्रक्रिया में खतरनाक कोटिंग तरल पदार्थ के कंटेनर शामिल नहीं होते हैं और चढ़ाया जाने वाली वस्तु को जलमग्न होने की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, बड़े, बोझिल या अन्यथा जंग-या पानी के प्रति संवेदनशील वस्तुओं को समग्र सामग्री के साथ चुनिंदा क्षेत्रों में चढ़ाया या “मुहर लगी” किया जा सकता है। इसके अलावा, अतिरिक्त पानी को हटाने के लिए तरल खतरनाक कचरे को कम साफ करने की आवश्यकता होती है।
यहां, हम उच्च लोडिंग (80%) पर निकल के साथ गैर-विषाक्त और हवा-स्थिर यूरोपियम और डिस्प्रोज़ियम डॉप्ड, स्ट्रोंटियम एल्यूमीनियम (87 ± 30 माइक्रोन) को सह-जमा करके उज्ज्वल फ्लोरोसेंट धातु फिल्मों का उत्पादन करने के लिए इस विधि का प्रदर्शन करते हैं। यह पिछले उदाहरणों के विपरीत आता है जिन्हें स्नान में चढ़ाया गया था और इसलिए छोटे (नैनोमीटर से कुछ माइक्रोमीटर तक) फॉस्फोरस12तक सीमित थे। इसके अलावा, पहले इलेक्ट्रोडिपोसिटेड फिल्मों की रिपोर्ट केवल शॉर्ट-वेव यूवी-लाइट के तहत फ्लोरोरेस, हाल ही में एक रिपोर्ट के अपवाद के साथ, जो प्लाज्मा इलेक्ट्रोलाइट ऑक्सीकरण21के साथ एल्यूमिना फिल्म में 1 – 5 माइक्रोन ल्यूमिनेसेंट स्ट्रॉंटियम एल्यूमिनेट क्रिस्टल बढ़ी। फ्लोरोसेंट धातु फिल्मों में कई उद्योगों में दूरगामी अनुप्रयोग हो सकते हैं जिनमें सड़क चिन्ह रोशनी21,विमान रखरखाव उपकरण स्थान और पहचान20,ऑटोमोबाइल और खिलौना सजावट, अदृश्य संदेश, उत्पाद प्रमाणीकरण22,सुरक्षा प्रकाश, मेकानोक्रोमिक तनाव पहचान10 और ट्राइबलॉजिकल वियर विजुअल निरीक्षण12,16शामिल हैं। चमक धातु सतहों के लिए इन संभावित उपयोगों के बावजूद, इस विधि को अतिरिक्त बड़े और/या हाइग्रोस्कोपिक कंपोजिट कणों को शामिल करने के लिए भी विस्तारित किया जा सकता है ताकि धातु-समग्र कार्यात्मक कोटिंग्स की एक नई विविधता का उत्पादन किया जा सके जो पहले इलेक्ट्रोप्लेटिंग के माध्यम से संभव नहीं थे ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इलेक्ट्रोस्टैपिंग के महत्वपूर्ण कदम। बाथलेस इलेक्ट्रोस्टैंपिंग पारंपरिक बाथ इलेक्ट्रोप्लेटिंग के साथ एक ही महत्वपूर्ण कदम के कई शेयरों । इनमें इलेक्ट्रोड की उचित सफाई, इलेक्ट्रोलाइट में ध?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को एयरक्राफ्ट इक्विपमेंट विश्वसनीयता और मेंटेनेबिलिटी इंप्रूवमेंट प्रोग्राम और पैटुक्सेंट पार्टनरशिप ने सपोर्ट किया । टाउनसेंड को ओआरआर फैकल्टी रिसर्च फेलोशिप द्वारा समर्थित किया गया था। लेखक एसएमसीएम फुटबॉल टीम के समर्थन सहित एसएमसीएम केमिस्ट्री और बायोकेमिस्ट्री डिपार्टमेंट फैकल्टी और स्टूडेंट्स के जनरल सपोर्ट को भी स्वीकार करते हैं ।
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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