Name: localized bathless metal-composite plating via electrostamping
Uploaded: 2020-09-22T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Localized Bathless Metal-Composite Plating via Electrostamping at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door het Aircraft Equipment Reliability and Maintainability Improvement Program en het Patuxent Partnership. Townsend werd ondersteund door een ONR Faculty Research Fellowship. De auteurs erkennen ook de algemene steun van de faculteit en studenten van de afdeling Scheikunde en Biochemie van de SMCM, inclusief steun van het SMCM-voetbalteam.

1. Bereiding van coatingzouten
LET OP: Nikkelzouten en boorzuur zijn giftig en moeten worden behandeld met de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen, waaronder nitrilhandschoenen, brillen en een labjas. Sterke zuren en basen moeten in de rookkap worden behandeld en alle afvalstoffen moeten als gevaarlijk afval worden afgevoerd.
<ol><li>Met behulp van een balans, wegen de volgende poeders in deze verhoudingen: 10.000 g van NiSO4·6H2O, 2.120 g van NiCl2·6H<...

<ol>
	<li>Hunt, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Comprehensive Composite Materials. , (2000).</li><li>Hovestad, A., Janssen, L. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+codeposition+of+inert+particles+in+a+metallic+matrix.">Electrochemical codeposition of inert particles in a metallic matrix.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 25 (6), 519-527 (1995).</li><li>Zimmerman, A. F., Clark, D. G., Aust, K. T., Erb, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulse+electrodeposition+of+Ni-SiC+nanocomposite.">Pulse electrodeposition of Ni-SiC nanocomposite.</a> Materials Letters. 52 (1), 85-90 (2002).</li><li>Devaneyan, S. P., Senthilvelan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro+Co-deposition+and+Characterization+of+SiC+in+Nickel+Metal+Matrix+Composite+Coatings+on+Aluminium+7075.">Electro Co-deposition and Characterization of SiC in Nickel Metal Matrix Composite Coatings on Aluminium 7075.</a> Procedia Engineering. 97, 1496-1505 (2014).</li><li>Lekka, M., Kouloumbi, N., Gajo, M., Bonora, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corrosion+and+wear+resistant+electrodeposited+composite+coatings.">Corrosion and wear resistant electrodeposited composite coatings.</a> Electrochimica Acta. 50 (23), 4551-4556 (2005).</li><li>Balaraju, J. N., Sankara Narayanan, T. S. N., Seshadri, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroless+Ni-P+composite+coatings.">Electroless Ni-P composite coatings.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 33 (9), 807-816 (2003).</li><li>Jugovi&#263;, B., Stevanovi&#263;, J., Maksimovi&#263;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemically+deposited+Ni+++WC+composite+coatings+obtained+under+constant+and+pulsating+current+regimes.">Electrochemically deposited Ni + WC composite coatings obtained under constant and pulsating current regimes.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 34 (2), 175-179 (2004).</li><li>Hilla, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+self-lubricating+cobalt+coatings+on+metal+surfaces.">Fabrication of self-lubricating cobalt coatings on metal surfaces.</a> Nanotechnology. 18 (11), 115703 (2007).</li><li>Abi-Akar, H., Riley, C., Maybee, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocodeposition+of+Nickel-Diamond+and+Cobalt-Chromium+Carbide+in+Low+Gravity.">Electrocodeposition of Nickel-Diamond and Cobalt-Chromium Carbide in Low Gravity.</a> Chemistry of Materials. 8 (11), 2601-2610 (1996).</li><li>Zhang, X., Chi, Z., Zhang, Y., Liu, S., Xu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+in+Mechanochromic+Luminescent+Metal+Complexes.">Recent Advances in Mechanochromic Luminescent Metal Complexes.</a> Journal of Materials Chemistry C. 1, 3376-3390 (2013).</li><li>Lancsek, T., Feldstein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composite+electroless+plating.">Composite electroless plating.</a> US Patent. , (2006).</li><li>Walsh, F. C., Ponce de Leon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+electrodeposition+of+metal+matrix+composite+coatings+by+inclusion+of+particles+in+a+metal+layer:+an+established+and+diversifying+technology.">A review of the electrodeposition of metal matrix composite coatings by inclusion of particles in a metal layer: an established and diversifying technology.</a> Transactions of the Institute of Materials Finishing. 92 (2), 83-98 (2014).</li><li>Roos, J. R., Celis, J. P., Fransaer, J., Buelens, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+composite+plating+for+advanced+materials.">The development of composite plating for advanced materials.</a> Journal of The Minerals, Metals and Materials Society. 42 (11), 60-63 (1990).</li><li>Guglielmi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+the+Deposition+of+Inert+Particles+from+Electrolytic+Baths.">Kinetics of the Deposition of Inert Particles from Electrolytic Baths.</a> Journal of The Electrochemical Society. 119 (8), 1009-1012 (1971).</li><li>Celis, J. P., R, J. R., Buelens, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Mathematical+Model+for+the+Electrolytic+Codeposition+of+Particles+with+a+Metallic+Matrix.">A Mathematical Model for the Electrolytic Codeposition of Particles with a Metallic Matrix.</a> Journal of The Electrochemical Society. 134 (6), 1402-1408 (1987).</li><li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+monitoring+of+coating+health+by+in+situ+luminescent+layers.">The monitoring of coating health by in situ luminescent layers.</a> RSC Advances. 5 (53), 42965-42970 (2015).</li><li>Ganapathi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+luminescent+composite+metal+coatings+containing+rare-earth+phosphor+particles.">Electrodeposition of luminescent composite metal coatings containing rare-earth phosphor particles.</a> Journal of Materials Chemistry. 22 (12), 5514-5522 (2012).</li><li>Monnens, W., Deferm, C., Sniekers, J., Fransaer, J., Binnemans, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+indium+from+non-aqueous+electrolytes.">Electrodeposition of indium from non-aqueous electrolytes.</a> Chemical Communications. 55 (33), 4789-4792 (2019).</li><li>Low, C. T. J., Wills, R. G. A., Walsh, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+composite+coatings+containing+nanoparticles+in+a+metal+deposit.">Electrodeposition of composite coatings containing nanoparticles in a metal deposit.</a> Surface and Coatings Technology. 201 (1), 371-383 (2006).</li><li>Gerwitz, C. N., David, H. M., Yan, Y., Shaw, J. P., Townsend, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bathless+Inorganic+Composite+Nickel+Plating:+Dry-Cell+Stamping+of+Large+Hygroscopic+Phosphor+Crystals.">Bathless Inorganic Composite Nickel Plating: Dry-Cell Stamping of Large Hygroscopic Phosphor Crystals.</a> Advanced Materials Interfaces. 7 (4), (2020).</li><li>Bite, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+method+of+phosphorescent+strontium+aluminate+coating+preparation+on+aluminum.">Novel method of phosphorescent strontium aluminate coating preparation on aluminum.</a> Materials and Design. 160 (15), 794-802 (2018).</li><li>Feldstein, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coatings+with+identification+and+authentication+properties.">Coatings with identification and authentication properties.</a> US Patent. , (2012).</li><li>Rose, I., Whittingham, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nickel Plating Handbook. , (2014).</li><li>Anderson, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electroplating Engineering Handbook. , (1996).</li><li>Helle, K., Walsh, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+Composite+Layers+Consisting+of+Inert+Inclusions+in+a+Metal+Matrix.">Electrodeposition of Composite Layers Consisting of Inert Inclusions in a Metal Matrix.</a> Transactions of the Institute of Metal Finishing. 75 (2), 53-58 (1997).</li><li>Kerr, C., Barker, D., Walsh, F., Archer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Electrodeposition+of+Composite+Coatings+based+on+Metal+Matrix-Included+Particle+Deposits.">The Electrodeposition of Composite Coatings based on Metal Matrix-Included Particle Deposits.</a> Transactions of the Institute of Metal Finishing. 78 (5), 171-178 (2000).</li><li>Walsh, F. C., Wang, S., Zhou, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+electrodeposition+of+composite+coatings:+Diversity,+applications+and+challenges.">The electrodeposition of composite coatings: Diversity, applications and challenges.</a> Current Opinion in Electrochemistry. 20, 8-19 (2020).</li><li>Feldstein, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+coatings+comprising+light+emitting+particles.">Functional coatings comprising light emitting particles.</a> US Patent. , (1996).</li><li>Feldstein, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composite+plated+articles+having+light-emitting+properties.">Composite plated articles having light-emitting properties.</a> US Patent. , (1998).</li><li>Zimmerman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+of+Jet+Plating.">Method of Jet Plating.</a> US Patent. , (1957).</li><li>Schwartz, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+of+Electroplating.">Method of Electroplating.</a> United States Patent. , (1961).</li></ol>

Kritieke stappen van elektrostamping. Badloze elektrostamping deelt veel van dezelfde kritieke stappen met traditionele badelektroplating. Deze omvatten een goede reiniging van de elektroden, het mengen van metaalionen in het elektrolyt en het toepassen en externe of chemische (elektroloze beplating) potentieel om vermindering van metaal op de kathode te veroorzaken. Bovendien moet de oxidatie van de anode en kathode worden vermeden na zure activering door snel te spoelen met water en deze elektroden aan...

Traditionele elektroplating wordt veel gebruikt om dunne folies van een verscheidenheid aan metalen, legeringen en metaalcomposieten op geleidende oppervlakken te deponeren om ze te functionaliseren voor de beoogde toepassing1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Deze methode voegt een metalen afwerking toe aan onderdelen die worden gebruikt bij de productie van lucht- en ruimtevaart, automobiel-, militaire, medische en elektronische apparatuur. Het te vergulden object, de kathode, wordt ondergedompeld in een waterig bad met metalen zout precursoren, die worden gereduceerd tot metaal aan het oppervlak van het object door de toepassing van een chemische of elektrische potentieel. Niet-geladen composietdeeltjes kunnen in de metaalfilm worden verwerkt door deze tijdens de coating aan het bad toe te voegen om de eigenschappen van de film voor verhoogde hardheid in het geval van metaaloxiden en carbiden, gladheid met polymeren of smering met vloeibare oliën12,13te verbeteren . Echter, omdat deze deeltjes geen inherente aantrekkingskracht hebben op de kathode, blijft de verhouding van composiet die in het metaal is verwerkt laag voor badplating13,14,15. Dit is vooral problematisch voor grote deeltjes die niet lang genoeg aan de kathode adsorden om door de groeiende metaalfilm te worden ingebed. Bovendien, hygroscopische deeltjes solvate in waterige oplossingen en hun hydratatie shell fungeert als een fysieke barrière belemmeren contact met de kathode16.
Sommige veelbelovende methoden zijn aangetoond dat dit effect te verzachten door het gebruik van droge niet-polaire oplosmiddelen om de hydratatie barrière volledig te verwijderen17, of door het versieren van de composiet deeltjes met geladen oppervlakteactieve moleculen16 die de hydratatie shell verstoren om contact tussen het deeltje en de kathode mogelijk te maken. Omdat deze methoden echter organische materialen omvatten, is koolstofverontreiniging mogelijk in de film en kan de afbraak van deze organische materialen optreden bij de elektroden. Zo worden de gebruikte organische oplosmiddelen (DMSO2 en acetamide) verwarmd tot 130 °C in een inerte atmosfeer voor luchtvrije coating; echter, we vonden ze instabiel tijdens coating in de lucht. Als gevolg van weerstandsverwarming bij de elektroden kunnen redoxreacties met organische materialen leiden tot onzuiverheden of plaatsen voor heterogene nucleatie en groei van metalen nanodeeltjes18. Als gevolg hiervan is er behoefte aan een organisch-vrije waterige elektroplating methode die de langdurige uitdaging van deeltjes-kathode adsorptie adressen. Tot nu toe is aangetoond dat metaalcomposiet badcoating deeltjes tot een paar micrometer in diameter19 en tot 15 % belasting16,17.
In reactie hierop beschrijven we een anorganische badloze elektrostampingsmethode die composietdeeltjes dwingt om in de film te worden ingebed bij hoge oppervlaktedekkingen, ondanks hun grote omvang en hygroscopische aard20. Door het verwijderen van het bad, het proces omvat niet containers van gevaarlijke coating vloeistoffen en het object te verguld hoeft niet te worden ondergedompeld. Daarom kunnen grote, omslachtige of anderszins corrosie- of watergevoelige voorwerpen worden verguld of "gestempeld" in bepaalde gebieden met het composietmateriaal. Bovendien vereist het verwijderen van overtollig water minder reiniging van vloeibaar gevaarlijk afval.
Hier demonstreren we deze methode om heldere fluorescerende metalen folies te produceren door niet-toxische en luchtstallig europium en dysprosium gesedrogeerd, strontiumaluminaat (87 ± 30 μm) met nikkel bij hoge beladingen (tot 80%). Dit komt in tegenstelling tot eerdere voorbeelden die werden verguld in een bad en daarom waren beperkt tot kleine (nanometer tot een paar micrometer) fosforen12. Bovendien, eerder gemelde elektrodeposited films fluoresce alleen onder korte golf UV-licht, met uitzondering van een recent rapport dat groeide 1 – 5 μm luminescent strontium auminaat kristallen in een aluminiumoxide film met plasma elektrolyt oxidatie21. Fluorescerende metalen folies kunnen verstrekkende toepassingen hebben in vele industrieën met dimlichtomgevingen, waaronder verkeersbordverlichting21,locatie voor vliegtuigonderhoudsapparatuur en identificatie20, auto- en speelgoeddecoraties, onzichtbare berichten, productauthenticatie22, veiligheidsverlichting, mechanochromische stress-identificatie10 en tribologische slijtage visuele inspectie12,16. Ondanks deze mogelijke toepassingen voor gloeiende metalen oppervlakken, kan deze methode ook worden uitgebreid met extra grote en/of hygroscopische composietdeeltjes om een nieuwe variëteit van metaalcomposiet functionele coatings te produceren die voorheen niet mogelijk waren via elektroplating.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>37% M Hydrochloric Acid (aq)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>320331-500ML</td>
			<td>corrosive - handle in fume hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70% Nitric Acid (aq)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>438073-500ML</td>
			<td>corrosive - handle in fume hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Barium magnesium aluminate, europium doped (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>756512-25G</td>
			<td>fine powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric Acid (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>B6768-500G</td>
			<td>toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton Swab</td>
			<td>Q-tips</td>
			<td>Q-tips Cotton Swabs</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>National Institutes of Health</td>
			<td>IJ 1.46r</td>
			<td>free software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel (II) chloride hexahydrate (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>223387-500G</td>
			<td>toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel (II) sulfate hexahydrate (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>227676-500G</td>
			<td>toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel foil (s)</td>
			<td>AliExpress</td>
			<td>Ni99.999</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrile gloves</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>19-149-863B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nylon membrane (s)</td>
			<td>Tisch Scientific</td>
			<td>RS10133</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Microscope equipped with FTIC filter (470 &#177; 20 nm)</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Eclipse 80i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Wrap</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-305654</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcelain Mortar</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB961A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcelain Pestle</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB961K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Hydroxide (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>221473-25G</td>
			<td>corrosive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat with platinum wire</td>
			<td>Gamry Instruments</td>
			<td>1000E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scoopula</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-357Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrofluorometer</td>
			<td>Photon Technology International</td>
			<td>QM-40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Strontium aluminate, europium and dysprosium doped (s)</td>
			<td>GloNation</td>
			<td>756539-25G</td>
			<td>powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable linear DC power supply</td>
			<td>Tekpower</td>
			<td>TP3005T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yttrium oxide, europium doped (s)</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>756490-25G</td>
			<td>fine powder</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

localized bathless metal-composite plating via electrostamping

Composiet beplating met deeltjes ingebed in de metalen matrix kan verbeteren van de eigenschappen van de metalen coating om het min of meer geleidend, hard, duurzaam, gesmeerd of fluorescerend. Het kan echter uitdagender zijn dan metalen beplating, omdat de composietdeeltjes ofwel 1) niet zijn opgeladen, zodat ze geen sterke elektrostatische aantrekkingskracht hebben op de kathode, 2) hygroscopisch zijn en worden geblokkeerd door een hydratatieschaal, of 3) te groot om te blijven stagneren bij de kathode tijdens het roeren. Hier beschrijven we de details van een badloze beplating methode waarbij anode en kathode nikkel platen sandwiching een waterige geconcentreerde elektrolyt pasta met grote hygroscopische fosforescerende deeltjes en een hydrofiel membraan. Na het toepassen van een potentieel wordt het nikkelmetaal afgezet rond de stagnerende fosfordeeltjes, waardoor ze in de film worden gevangen. De composietcoatings worden gekenmerkt door optische microscopie voor filmruwheid, dikte en composietoppervlakbelasting. Bovendien kan fluorescentiespectroscopie worden gebruikt om de helderheid van de verlichting van deze films te kwantificeren om de effecten van verschillende huidige dichtheden, coatingduur en fosforbelasting te beoordelen.

Na het volgen van dit protocol moet een dunne laag metaal op het kathodeoppervlak worden verguld en de composietdeeltjes bevatten die aan de coatingpasta zijn toegevoegd. Fluorescerende of gekleurde deeltjesinmening kan worden waargenomen door visuele inspectie als gevolg van een verandering in uiterlijk ten opzichte van het ongecoate oppervlak(figuur 1A1-A3). Om de procentuele oppervlaktedekking van de composietdeeltjes te onderzoeken en de oppervlaktemorfologie van de coat...

Watch this Scientific Journal Video about Localized Bathless Metal-Composite Plating via Electrostamping at JoVE.com

Localized Bathless Metal-Composite Plating via Electrostamping

Hier gepresenteerd is een protocol van badloze elektroplating, waar een stagnerende metalen zoutpasta met composietdeeltjes worden gereduceerd tot metalen composieten vormen bij hoge belasting. Deze methode pakt de uitdagingen aan waarmee andere veelvoorkomende vormen van elektroplating (straal, borstel, bad) worden geconfronteerd om composietdeeltjes in de metalen matrix in te bedden.

Gelokaliseerd Bathless Metal-Composite Plating via Electrostamping

Composite plating with particles embedded into the metal matrix can enhance the properties of the metal coating to make it more or less conductive, hard, ...

Elektrostempelen werken door composietdeeltjes in het elektrolyt te vangen, waardoor ze met het metaal moeten worden afgenomen. Met deze nieuwe techniek zijn hoge composiet deeltjesbelastingen mogelijk, zelfs op watergevoelige objecten. In tegenstelling tot typische elektroplating, vereist deze techniek niet het onderdompelen van het voorwerp in een vloeibaar bad.Elk geleidend object, ongeacht de grootte of vorm. Kan worden bekleed met functionele materialen. Fluorescerende metalen composiet coatings hebben verregaande toepassingen voor dimlicht omgevingen, waaronder vliegtuigen onderhoud apparatuur locatie, verkeersbord verlichting en reizen logische markeringen in mechanisch machine-onderdelen.Om te beginnen met het wegen van nikkelsulfaat, nikkelchloride hexahydraat en boorzuur zoals vermeld in de tekst manuscript en combineer ze in een flacon samen. Maal dit zoutmengsel grondig tot een fijn poeder. Zorg ervoor dat u de juiste beschermingsmiddelen, rookkappen en een verwijderingssysteem voor gevaarlijk afval gebruikt.Weeg vervolgens 1,8 gram europium dysprosium doped strontiumaluminaat, europium doped yttriumoxide of europium doped barium, magnesiumaluminaat en maal het tot een fijn poeder met behulp van een porseleinmortel en stamper gedurende ongeveer 10 minuten. Combineer het gemalen samengestelde poeder met het zoutmengsel in een container voor opslag. Weeg 0,188 gram van dit mengsel per vierkante centimeter van het coatinggebied en voeg het toe aan een open bovenste container voeg 40 microliter water per vierkante centimeter coating gebied aan dit mengsel en roer om het zout op te lossen en vormen een dikke pasta.Snijd met behulp van een schaar de anode in een grootte en vorm die overeenkomt met het te vergulden object om organisch materiaal van het oppervlak van de anodefolie te verwijderen en de kathode reinigt het met 10 Mueller-kaliumhydroxide of natriumoxidehydroxidehydraum met behulp van een wattenstaafje of doek. Spoel het oppervlak met water om de overtollige basis te verwijderen en activeer vervolgens het metalen oppervlak om de coating te ontvangen door het af te vegen met een selectief geconcentreerd zuur met behulp van een wattenstaafje of doek, volgens de aanbevelingen voor het activeren van specifieke metalen oppervlakken en legeringen. dit in de rookkap uit te voeren om blootstelling aan waterstofchloridedampen te voorkomen, deponeren de voorbereide coatingpasta snel op het kathodeobject, bestrijkt het hele gebied en zorgt ervoor dat er gaten worden vermeden.Activeer het anodeoppervlak door het af te vegen met geconcentreerd zuur met behulp van een wattenstaafje of doek. Als de berekening van de huidige efficiëntie vereist is, registreert u de massa van de anode en kathode met behulp van een analytische balans. een voeding instellen op de gewenste stroom- of spanningsmodus.Snijd een stuk van een hydrofiel membraan zoals een nylon vel en plaats het op de top van de anode coating pasta om direct contact met de kathode te voorkomen. Voeg een kleine hoeveelheid pasta of droog zout mengsel op het blad. Voeg vervolgens twee druppels water toe om het zout gedeeltelijk op te lossen.Dit proces maakt de nylon plaat geleidend om het massatransport van ionen door het elektrolyt mogelijk te maken, wat nodig is om de lading in de coatingreactie in evenwicht te brengen. Dit kan ook worden bereikt door het nylon membraan onder te dompelen in een waterig nikkelzoutmengsel. Plaats de geactiveerde anode erop en bevestig zowel de negatieve als de positieve leads naar het kathodeobject.Bedek het hele systeem met plastic om water vast te houden en matige druk uit te oefenen. Zet de voeding aan en blijf de coating gedurende een gewenste duur. Schakel de voeding uit en stel het systeem bloot.Koppel de leidingen los en spoel het kathodeobject af met waterwas de andere onderdelen van het systeem door ze in water te weken en gooi deze waterige oplossing vervolgens weg in de goed gelabelde gevaarlijke afvalcontainer. Om ongecoate composietdeeltjes te verwijderen, wreef het kathodeobject voorzichtig met de hand met handschoenen. Nota van de massa van de anode en kathode met behulp van een analytische balans en bereken het verschil met hun oorspronkelijke massa.Observeer fluorescerende coatings met een ultraviolette lamp om de helderheid en consistentie van de metalen composiet te controleren. Gebruik chronopotentiometrie om veranderingen in spanning onder constante stroom en chronoamperometrie te controleren om veranderingen in stroom onder constante spanning te controleren. Schakel de potentiële stud en wijzen de duur en de toegepaste stroom of spanning.de coating voor te bereiden zoals eerder beschreven. Normaliseer de spanning naar een referentiestandaard met behulp van een gekalibreerd drie elektrodesysteem. Plaats een platina draad als een pseudo referentie elektrode tussen de anode en het nylon vel.En om het te bedekken met een apart nylon vel om contact te vermijden. Deponeren een paar druppels water en een kleine hoeveelheid coating pasta op de anode. Sluit ten slotte de leads aan op de elektroden dan verzegelen druk en beginnen coating zoals beschreven in de tekst manuscript.Houd de veranderingen in spanning of stroom in de gaten. Fluorescerende of gekleurde deeltjes integratie kan worden waargenomen als gevolg van een verandering in het uiterlijk in vergelijking met het ongecoate oppervlak. Optische microscopie werd gebruikt om de oppervlaktedekking te onderzoeken en de oppervlaktemorfologie van de coating te observeren.Monsters werden top-down waargenomen of gesneden om de dwarsdoorsnede de procent samengestelde deeltjesoppervlak dekking als functie van de tijd voor Chronoamperometrie en als een functie van de huidige dichtheid voor chronopotentiometrie toeneemt tijdens de coating onthullen. Oppervlaktedekking is ook gecorreleerd met dikte. Coating parameters kunnen worden gecontroleerd onder constante spanning met behulp van chronoamperometrie en onder constante stroom met behulp van chronopotentiometrie De helderheid van de metalen composiet coatings werd gekwantificeerd met fluorescerende spectroscopie en de berekening voor luminescentie quantum opbrengst werd gedaan met behulp van de verhoudingen van de piekgebieden.Bij het proberen van dit protocol is het belangrijk om de elektroden goed te reinigen en te activeren voordat ze worden gecoat. Bovendien zal het grondig slijpen van de precursor elektrolyt mengsel helpen leiden tot een gladde gelijkmatige coating. De voorloper composiet elektrolyt pasta kan ook worden afgezet door middel van spray coating of poeder coating om tijd en materialen te besparen.Op deze manier kunnen objecten op grotere schaal worden gecoat. Deze nieuwe techniek kan wetenschappelijke exploratie stimuleren om andere grote of hygroscopische composietdeeltjes op te nemen die voorheen onverenigbaar waren met bad-, straal- of borstelbeplating.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

Voorbereiden van Silica Aerogel monolieten via een Rapid superkritische extractie methode

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

Fluorescence-based Monitoring of PAD4 Activity via a Pro-fluorescence Substrate Analog

Fluorescentie gebaseerde Monitoring van PAD4 activiteit via een Pro-fluorescentie Substrate Analog

Post-translational modifications may lead to altered protein functional states by increasing the covalent variations on the side chains of many protein ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Eiwitsynthese Bioconjugaten<em&gt; via</em&gt; Cysteïne-maleïmide Chemistry

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Epitaxiaal Groei van Perovskite Strontiumtitanaat op Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

The Preparation and Properties of Thermo-reversibly Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry

De bereiding en eigenschappen van Thermo-reversibel Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry

A method for using Diels Alder thermo-reversible chemistry as cross-linking tool for rubber products is demonstrated. In this work, a commercial ...

Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion

Synthese van natrium wolframaat en natriummolybdaat Microcapsules via bacteriële minerale uitscheiding

We present a method, the bacterial mineral excretion (BME), for synthesizing two kinds of microcapsules, sodium tungstate and sodium molybdate, and the ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Fabricage en beproeving van katalytische Aerogels bereid Via snelle superkritische extractie

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Membrane Remodeling of Giant Vesicles in Response to Localized Calcium Ion Gradients

Membraan remodelleren van gigantische blaasjes in reactie op gelokaliseerde Calcium Ion verlopen

In a wide variety of fundamental cell processes, such as membrane trafficking and apoptosis, cell membrane shape transitions occur concurrently with local ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Synthese van substraat-gebonden Au Nanowires Via een mechanisme van het actieve oppervlak groei

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

A Two-Step Protocol for Umpolung Functionalization of Ketones Via Enolonium Species

Een tweestaps Protocol voor Umpolung Functionalization van ketonen Via Enolonium soorten

&#945;-Functionalization of ketones via umpolung of enolates by hypervalent iodine reagents is an important concept in synthetic organic chemistry. ...