Беэлектролитическое осаждение: принципы, применение и история развития.

Введение

Электрохимическое осаждение (ЭХО) или бесконтактное металлирование определяется как автокаталитический процесс, посредством которого металлы и металлические сплавы осаждаются на проводящие и непроводящие поверхности. Эти непроводящие поверхности включают пластмассы, керамику и стекло и т.д., которые затем могут приобретать декоративные, антикоррозионные и проводящие свойства в зависимости от их конечного назначения. Электрохимическое осаждение позволяет наносить металлы на 2D и 3D структуры, такие как винты, нановолокна и углеродные нанотрубки, в отличие от других методов нанесения покрытий, таких как физическое осаждение из паровой фазы (PVD), химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и гальваническое покрытие, которые ограничены 2D поверхностями. Обычно поверхность подложки характеризуется с помощью pXRD, SEM EDS и XPS, которые предоставляют данные о параметрах, основанные на ее конечной функциональности. Вурц заметил, что никелефосфорный раствор, оставленный на столе, самопроизвольно разлагался и образовывал черный порошок. Они представили свое открытие на Конвенции Американского общества гальванотехников (AES) в 1946 году; год спустя, на той же конференции, они предложили термин "бесконтактное металлирование" для этого процесса и описали оптимизированные составы растворов, что привело к патенту. Однако ни Абнер, ни Ридделл не получили финансовой выгоды от зарегистрированного патента. Первым коммерческим применением NiP стало покрытие, выполненное компанией Leonhardt Plating Company в Цинциннати, за которым последовала компания Kannigen Co. Ltd в Японии, что произвело революцию в отрасли. Эта реакция используется для обнаружения альдегидов в щелочном растворе нитрата серебра. Электрохимическое осаждение имеет преимущества по сравнению с методами PVD, CVD и гальванического покрытия, поскольку оно может выполняться в обычных условиях. Предварительная обработка или функционализация подложки очищает поверхность подложки от любых загрязнений, которые могут влиять на размер наночастиц и приводить к некачественному покрытию. Предварительная обработка определяет пористость осаждаемого элементарного металла и место начала его осаждения. Однако стандартный потенциал формальдегида (E0) зависит от pH. При pH 0 осадительной ванны E0 формальдегида составляет 0,056 В, но при pH = 14 E0 = 1,070. Формальдегид (pH 14) является более подходящим восстановителем, чем при pH = 0, из-за более низкого отрицательного стандартного потенциала, что делает его более сильным восстановителем. Гидролизованный ион Ni2+ катализирует образование Ni, P и H2. Вода ионизируется на поверхности Ni [14], а ионы Ni2+ координируются с гидроксид-ионами [15]. Электрохимическое никелирование используется в различных отраслях промышленности, включая авиацию, строительство, текстильную промышленность, а также нефтегазовую промышленность. Помехи негативно влияют на работу устройств; источники электромагнитных помех (EMI) включают радиоволны, мобильные телефоны и телевизионные приемники. Элементарные покрытия Ni, Cu и Ni/Cu на самолетах поглощают шумовые сигналы в диапазоне от 14 Гц до 1 ГГц.

Electroless deposition (ED) or electroless plating is defined as the autocatalytic process through which metals and metal alloys are deposited onto conductive and nonconductive surfaces. These nonconductive surfaces include plastics, ceramics, and glass etc., which can then become decorative, anti corrosive, and conductive depending on their final functions. Electroless deposition deposits metals onto 2D and 3D structures such as screws, nanofibers, and carbon nanotubes, unlike other plating methods such as Physical Vapor Deposition ( PVD), Chemical Vapor Deposition (CVD), and electroplating, which are limited to 2D surfaces. Commonly the surface of the substrate is characterized via pXRD, SEM EDS, and XPS which relay set parameters based their final funtionality. Wurtz noticed the nickel phosphorus bath when left sitting on the benchtop spontaneously decomposed and formed a black powder. They presented their discovery at the 1946 Convention of the American Electroplaters' Society (AES); a year later, at the same conference they proposed the term "electroless" for the process and described optimized bath formulations, that resulted in a patent. However, neither Abner nor Riddell benefited financially from the filed patent. The first commercial deposition of Ni P was Leonhardt Plating Company in Cincinnati followed by the Kannigen Co. Ltd in Japan which revolutionized the industry. This reaction is used to test for aldehydes in a basic solution of silver nitrate. Electroless deposition is advantageous in comparison to PVD, CVD, and electroplating deposition methods because it can be performed at ambient conditions. Pretreatment or functionalization of the substrate cleans the surface of the substrate to remove any contaminants which affects nanoparticle size and poor plating occurs. Pretreatment determines the porosity of the elemental metal deposition, and the initiation site of elemental deposition But the E0 of formaldehyde is pH dependent. At pH 0 of the deposition bath is E0 of formaldehyde is 0.056 V, but at pH=14 the E0= 1.070. The formaldehyde (pH 14) is a more suitable reducing agent than at pH=0 because of the lower negative standard potential which makes it a powerful reducing agent. The hydrolyzed Ni2+ ion catalyzes the production of Ni, P, and H2. Water is ionized at the Ni surface [14], and Ni2+ ions coordinate with hydroxide ions [15]. textiles, prevention of corrosion, and jewelry. Electroless nickel plating is used in variety of industries including aviation, construction, textiles, and oil and gas industries. The interference negatively affects the function of the devices; EMI sources include radiowaves, cell phones, and TV receivers. Elemental Ni, Cu, and Ni/Cu coating on planes absorb noise signals in the 14 Hz to 1 GHz range.

Добыча нефти и газа

Элементарное никелевое покрытие предотвращает коррозию стальных труб, используемых при бурении. Никель применяется для покрытия сосудов, работающих под давлением, лопаток компрессоров, реакторов, лопаток турбин и клапанов – это ключевые элементы данной отрасли.