Спосіб осадження металів на поверхню алюмінію

Реферат: Спосіб осадження металів на поверхню алюмінію включає нанесення металів на алюмінієву поверхню гальванічним заміщенням. При цьому нанесення металів, більш електрододатних, ніж алюміній, здійснюють з розчинів комплексних сполук до одержання наноструктурованих осадів. UA 119018 U (12) UA 119018 U UA 119018 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до матеріалознавства та нанотехнологій, хімічної енергетики, гальванотехніки, з одержанням наноструктурованих осадів шляхом маніпулювання окремими атомами або молекулами або обмеженими сукупностями атомів або молекул, як дискретними елементами і може бути використана для виробництва нових функціональних матеріалів і формування підшару під електрохімічні металеві покриття. Відомий спосіб осадження металів на поверхню алюмінію, що включає нанесення міді на алюмінієву поверхню гальванічним заміщенням [Copper Galvanic Replacement on Aluminum from a Choline Chloride Based Ionic Liquid: Effect of Thiourea. Ruixue Kang, Jun Liang, Baixing Liu, Zhenjun Peng //J. Electrochem. Soc. - 2014. - V. 161. - P. D534-D539]. Але даний спосіб здійснюють із багатокомпонентних розчинів, які містять поверхневоактивні речовини та стабілізатори. Це ускладнює аналіз і контроль робочих розчинів протягом тривалого осадження (за механізмом гальванічного заміщення), що зумовлює нетехнологічність процесу. Окрім того, осаджені частинки міді є субмікронними, що обмежує застосування у нанотехнологіях. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб осадження металів на поверхню алюмінію, який би за рахунок використання розчинів комплексних сполук металів (що не містять як додатків поверхнево-активних речовин, стабілізаторів), зокрема нікелю, міді, срібла, забезпечував би формування на поверхні алюмінію дискретних нанорозмірних частинок і наноструктурних плівок відповідних металів; який би дозволив забезпечити технологію керованого осадження наноструктурного осаду із заданими розмірами частинок. Поставлена задача вирішується тим, що у способі осадження металів на поверхню алюмінію, що включає нанесення металів на алюмінієву поверхню гальванічним заміщенням, згідно з корисною моделлю, нанесення металів більш електрододатних, ніж алюміній, здійснюють з розчинів комплексних сполук, при тому, використовуючи комплексні солі натрію пірофосфатокупрумату(II), гексаамінонікелю хлориду та диаміноарґентуму нітрату. Це забезпечує осадження на поверхні алюмінію дискретних нанорозмірних частинок і наноструктурних плівок металів за використання розчинів комплексних солей (комплексних електролітів), зокрема натрію пірофосфатокупрумату, гексаамінонікелю хлориду та діаміноарґентуму нітрату, що не містять як додатків поверхнево-активних речовин, стабілізаторів тощо. При тому забезпечується формування наночастинок осаджуваних (відновлюваних) металів з доброю адгезією до поверхні підкладки. До того ж розміри наночастинок осадів задають концентрацією комплексу металу та ліганду, співвідношенням концентрації ліганду до концентрації іонів металу, а також тривалістю гальванічного заміщення. Це забезпечує технологію керованого осадження наноструктурного осаду із заданими розмірами частинок. На Фіг. 1-SEM-зображення міді, осадженої гальванічним заміщенням з пірофосфатного 26розчину комплексів [Сu(Р2О7)] , [Сu(Р2О7)2] (У перерахунку на 0,05М CuSO4 та 0,4М Na4P2O7) на поверхні алюмінієвої фольги за температури 40 °C, впродовж 5 хв. На Фіг. 2-SEM-зображення нікелю, осадженого гальванічним заміщенням з аміачного 2+ розчину комплексу [Ni(NH3)6] (у перерахунку на 0,1М NiCl2+2,0М NH3•Н2О) на поверхні алюмінієвої фольги за температури 18 °C, впродовж 2 хв. На Фіг. 3-SEM-зображення срібла, осадженого гальванічним заміщенням з аміачного + розчину комплексу [Ag(NH3)2] (у перерахунку на 0,05М AgNO3+2,0M NH3•H2O) на поверхні алюмінієвої фольги за температури 18 °C, впродовж 10 с. На Фіг. 4-SEM-зображення срібла, осадженого гальванічним заміщенням з аміачного + розчину комплексу [Ag(NH3)2] (у перерахунку на 0,02М AgNO3+2,0M NH3•H2O) на поверхні алюмінієвої фольги за температури 18 °C, впродовж 10 с. На Фіг. 5-SEM-зображення срібла, осадженого гальванічним заміщенням із розчину + комплексу [Ag(NH3)2] (у перерахунку на 0,02М AgNO3+2,0M NH3•H2O) на поверхні алюмінієвої фольги за температури 18 °C, впродовж 20 с. Спосіб осадження металів на поверхню алюмінію включає нанесення металів на алюмінієву поверхню гальванічним заміщенням. Нанесення металів більш електрододатних, ніж алюміній, наприклад, таких як мідь, нікель, срібло здійснюють з розчинів комплексних сполук до одержання наноструктурованих осадів. Як комплексні сполуки металів використовують натрію пірофосфатокупрат(ІІ), Na2[Cu(P2O7)], Na6[Cu(P2O7)2]; гексаамінонікелю(II) хлорид, [Ni(NH3)6]Cl2 та диаміноарґентуму(І) нітрат, [Ag(NH3)2]NO3. Для осадження металів на поверхню алюмінію було використано: - купрум(II) сульфат - CuSO4•5H2O (ГОСТ 26319-84); - нікель хлорид - NiCl2•6H2O (ГОСТ 4038-79); - арґентум нітрат - AgNO3 (ГОСТ 1277-75); 1 UA 119018 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - натрій пірофосфат - Na4P2O7•10Н2О (ГОСТ 342-77) - аміак водний 25 % - NH3•H2O (ГОСТ 3760-79). Приклад 1 Осадження міді на алюмінієву поверхню здійснюють гальванічним заміщенням із розчину 0,05М CuSO4+0,4M Na4P2O7 за температури 40 °C, впродовж 5 хв. Алюмінієву поверхню (фольгу) попередньо знежирюють розчином мийного засобу, послідовно протравлюють у розчинах - 10 %-ного натрію гідроксиду та 5 %-ної флюоридної кислоти. Процес осадження міді 3 проводять у скляному посуді з об'ємом розчину 50 см за кімнатної температури. Після завершення процесу алюмінієві зразки з осадженою міддю промивають дистильованою водою, ізопропанолом і сушать за 60 °C. Морфологію осадженої міді на алюмінієвій поверхні досліджують за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). На SEM зображенні (фіг. 1) видно, що на алюмінієвій поверхні сформувався осад із частинок міді розмірами 70…870 нм, які рівномірно розподілені по поверхні підкладки. Це дає підстави віднести такий осад до наноструктурного. Приклад 2 Осадження нікелю на алюмінієву поверхню здійснюють гальванічним заміщенням із розчину 0,1М NiCl2+2,0М NH3•H2O за температури 18 °C, впродовж 2 хв. Алюмінієву поверхню (фольгу) попередньо знежирюють розчином мийного засобу, послідовно протравлюють у розчинах 10 %-ного натрію гідроксиду та 5 %-ної флюоридної кислоти. Процес осадження нікелю 3 проводять у скляному посуді з об'ємом розчину 50 см за кімнатної температури. Після завершення процесу алюмінієві зразки з осадженим нікелем промивають дистильованою водою, ізопропанолом і сушать за 60 °C. Морфологію осадженого нікелю на алюмінієвій поверхні досліджують за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). На SEM зображенні (фіг. 2) видно, що на алюмінієвій поверхні сформувався осад із частинок нікелю розмірами 85…600 нм, які рівномірно розподілені на поверхні підкладки. Це дає підстави віднести їх до нанорозмірних частинок. Приклад 3 Осадження срібла на алюмінієву поверхню здійснюють гальванічним заміщенням із розчину 0,05М AgNO3+2,0M NH3•H2O за температури 18 °C, впродовж 10 с. Алюмінієву поверхню (фольгу) попередньо знежирюють розчином мийного засобу, послідовно протравлюють у розчинах - 10 %-ного натрію гідроксиду та 5 %-ної флюоридної кислоти. Процес осадження 3 срібла проводять у скляному посуді з об'ємом розчину 50 см за кімнатної температури. Після завершення процесу алюмінієві зразки з осадженим сріблом промивають дистильованою водою, ізопропанолом і сушать за 60 °C. Морфологію осадженого срібла на алюмінієвій поверхні досліджують за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). На SEM зображенні (фіг. 3) видно, що на алюмінієвій поверхні сформувався дендритний осад із розмірами 0.3…1.0 μм та дискретні (острівкові) частинками з розмірами 100…242 нм, що дає підстави віднести їх до нанорозмірних. Приклад 4 Осадження срібла на алюмінієву поверхню здійснюють гальванічним заміщенням із розчину 0,02М AgNO3+2,0М NH3•H2O за температури 18 °C, впродовж 10 с. Алюмінієву поверхню (фольгу) попередньо знежирюють розчином мийного засобу, послідовно протравлюють у розчинах - 10 %-ного натрію гідроксиду та 5 %-ної флюоридної кислоти. Процес осадження 3 срібла проводять у скляному посуді з об'ємом розчину 50 см за кімнатної температури. Після завершення процесу алюмінієві зразки з осадженим нікелем промивають дистильованою водою, ізопропанолом і сушать за 60 °C. Морфологію осадженого срібла на алюмінієвій поверхні досліджують за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). На SEM зображенні (фіг. 4) видно, що на алюмінієвій поверхні сформувався осад із дендритних частинок розмірами 150…385 нм та дискретних частинок срібла розмірами 40…140 нм. Причому, порівняно з попереднім прикладом, частка дискретних нанорозмірних частинок зростає, а частка дендритних утворень з нанорозмірними структурними складовими зменшуються. Це вказує на те, що концентрацією комплексів (у + прикладах 3, 4 комплексу [Ag(NH3)2] ) та співвідношенням концентрації ліганду (у прикладах 3, 4 + NH3) до концентрації комплексу (у прикладах 3, 4 [Ag(NH 3)2] ) можна регулювати геометрію (форма і розмір) структурних складових осаду металу та їх частку. Приклад 5 Осадження срібла на алюмінієву поверхню здійснюють гальванічним заміщенням із розчину 0,02М AgNO3+2,0М NH3•H2O за температури 18 °C, впродовж 20 с. Алюмінієву поверхню (фольгу) попередньо знежирюють розчином мийного засобу, послідовно протравлюють у розчинах - 10 %-ного натрію гідроксиду та 5 %-ної флюоридної кислоти. Процес осадження 2 UA 119018 U 3 5 10 нікелю проводять у скляному посуді з об'ємом розчину 50 см за кімнатної температури. Після завершення процесу алюмінієві зразки з осадженим сріблом промивають дистильованою водою, ізопропанолом і сушать за 60 °C. Морфологію осадженого срібла на алюмінієвій поверхні досліджують за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). На SEM зображенні (фіг. 5) видно, що на алюмінієвій поверхні формується дендритний осад із розмірами 120…800 нм та дискретні частинки розмірами 80…160 нм, які рівномірно розподілені на поверхні, що відносять їх до нанорозмірних. Причому, порівняно з прикладом 4, частка дискретних нанорозмірних частинок зменшується, а частка дендритних утворень з нанорозмірними структурними складовими зростає. Зростає також частка заповнення поверхні алюмінію, що сприяє формуванню плівкового наноструктурного осаду. Це вказує на те, тривалістю процесу гальванічного заміщення можна регулювати характер осаду - від дискретних наночастинок до плівкового наноструктурного. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб осадження металів на поверхню алюмінію, що включає нанесення металів на алюмінієву поверхню гальванічним заміщенням, який відрізняється тим, що нанесення металів, більш електрододатних, ніж алюміній, здійснюють з розчинів комплексних сполук до одержання наноструктурованих осадів. 3 UA 119018 U 4 UA 119018 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5