Name: fast metal coating without a vacuum
Uploaded: 2023-04-30T07:06:55.000Z
Duration: 7 min 58 s
Channel: JoVE

<ol>
	<li>قم بإعداد المحلول الأزرق البروسي عن طريق خلط 50 مل من حمض الهيدروكلوريك 0.05 M (HCl) ، و 100 مل من 0.05 M من فيريسيانيد البوتاسيوم (K3 [Fe (CN) 6]) ، و 100 مل من 0.05 M سداسي هيدرات كلوريد الحديد (III) (FeCl3.6H 2O).</li>
	<li>قم بإنشاء أنود عن طريق لف ما يقرب من 8 سم من سلك النيتشروم (NiCr) في ملف محكم.</li>
	<li>قم بإعداد ركيزة الكاثود عن طريق إزالة الطلاء الخارجي الذي يحمي الجانب الموصل لورقة 5 × 5 سم من PET المطلي ب ITO.</li>
	<li>قم ببناء الدائرة عن طريق توصيل الطرف الموجب لبطارية 9 فولت (9 فولت) على التوالي بمقاوم 30 أوم ، ثم بأنود NiCr باستخدام مشبك التمساح. قم بتوصيل الطرف السالب للبطارية بركيزة الكاثود ITO باستخدام مشبك التمساح. تأكد من أن الكاثود والأنود لا يلامسان المحلول.</li>
	<li>بعد تحضير الدائرة والمحلول الأزرق البروسي ، قم بخفض الكاثود والأنود في المحلول ، مع الحرص على عدم غمر أي من مشبك التمساح. استمر لمدة دقيقتين ، ثم قم بإزالة وشطف كل من الكاثود والأنود في ماء DI. يمكن تكرار هذه الخطوة مع أوقات غمر متنوعة لتغيير سمك الطلاء.</li>
	<li>قم بتحليل العينة باستخدام مطياف Perkin Elmer Lambda 950 UV-Vis ، وتحديد نفاذية الضوء المرئي الذي يتراوح طوله الموجي من 750-400 نانومتر. تأكد من تحليل مستوى النفاذية في الخلفية عن طريق مسح عينة PET مطلية ب ITO لم يتم تغليفها باللون الأزرق البروسي.</li>
	<li>بعد تشغيل العينة البروسية الزرقاء في الأشعة فوق البنفسجية ، قم بإعداد محلول 150 مل من كلوريد البوتاسيوم 1.0 M (KCl).</li>
	<li>استخدم نفس الدائرة وأنود NiCr (باستخدام بطارية 9 فولت في سلسلة) ، ومشبك تمساح إضافي لتوصيل جانبي الطبقة الزرقاء البروسية بالدائرة. اغمر الأنود والكاثود في محلول KCl لمدة 1.5 دقيقة ، مما يؤدي إلى الانتقال الكهروكرومي من الملون إلى المبيض.</li>
	<li>ثم قم بإزالة وشطف كل من الكاثود والأنود في ماء DI كما كان من قبل.</li>
	<li>قم بتشغيل العينة المبيضة في UV-Vis ، باستخدام معلمات النفاذية المذكورة أعلاه.</li>
</ol>
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
الطلاء الكهربائي هو عملية تستخدم التيار الكهربائي لتقليل الكاتيونات المعدنية الذائبة على سطح القطب الكهربائي ، وتشكيل طبقة رقيقة. الأغشية الرقيقة هي طبقة من المواد يتراوح سمكها من أقل من نانومتر واحد إلى عدة ميكرومترات. تستخدم هذه الأغشية الرقيقة في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بدءا من الخلايا الشمسية إلى مجسات المستشعرات الحيوية ، وتوفر خصائص سطحية معدلة مع الحد الأدنى من التغيير في الحجم. ومع ذلك ، من الضروري أن يكون سمك الفيلم الرقيق متسقا ويمكن التحكم فيه. هناك العديد من تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة المختلفة التي يشيع استخدامها لإيداع الأغشية الرقيقة بشكل متحكم فيه ، ولكل منها مزاياها وعيوبها. في هذا الفيديو ، سوف نقدم تقنية الطلاء الكهربائي ، ونوضح كيفية تكوين غشاء رقيق باستخدام هذه الطريقة في المختبر.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
يتم إجراء الطلاء الكهربائي في مجموعة مثل الخلية الجلفانية التي تتكون من معدنين مختلفين ، أنود وكاثود ، متصلان بجسر ملحي أو غشاء مسامي. تحتوي هذه الخلايا الكهروكيميائية على تفاعلات نصف خلية أكسدة واختزال تحدث تلقائيا في كل من الأقطاب الكهربائية المعدنية ، وبالتالي تولد تيارا كهربائيا. يعتمد الطلاء الكهربائي على مفهوم مماثل. ومع ذلك ، فإنه يعكسه عن طريق توفير التيار ، وبالتالي يؤدي إلى تفاعلات الأكسدة والاختزال غير التلقائية. يتكون الأنود من المعدن المراد طلاؤه ويتأكسد ، مما ينتج عنه أيونات مذابة. تتدفق هذه الأيونات عبر المحلول الإلكتروليتي ، الذي يحتوي على أملاح معدنية وأيونات أخرى تسمح بتدفق الكهرباء.
ثم يتم تقليل أيونات المعادن الذائبة وطلاءها على الكاثود. تتطلب عملية الطلاء الكهربائي أن تكون كل من مواد الأنود والكاثود موصلة. وبالتالي ، يتم استخدام المعادن عادة. يتم التحكم في سمك الطلاء عن طريق تغيير مدة وقوة التيار الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية. ستؤدي زيادة أي من هذه المعلمات أو كليهما إلى طبقات طلاء أكثر سمكا. الآن بعد أن تعلمت أساسيات الطلاء الكهربائي ، سنوضح هذه التقنية عن طريق طلاء طبقة رقيقة من الصبغة الداكنة ، الأزرق البروسي ، على ورقة من البوليستر مشفرة بأكسيد القصدير الإنديوم ، أو ITO.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
للبدء ، قم بإعداد المحلول الأزرق البروسي. الأزرق البروسي هو صبغة تنتجها أكسدة أملاح الحديديين. امزج 50 مل من حمض الهيدروكلوريك المولي 0.05 ، و 100 مل من 0.05 مولار سداسي سيانوفيرات البوتاسيوم (III) ، و 100 مل من 0.05 مولار من سداسي هيدرات كلوريد الحديد (III). الآن ، قم بإنشاء أنود عن طريق لف حوالي ثمانية سنتيمترات من سلك Nichrome في ملف محكم. قم بإعداد الكاثود عن طريق تقطيع البوليستر المطلي ب ITO أولا إلى مربع بحجم خمسة × خمسة سنتيمترات. ثم قم بإزالة الطلاء الخارجي الذي يحمي الجانب الموصل للمادة.
بعد ذلك ، قم ببناء الدائرة عن طريق توصيل الطرف الموجب لبطارية تسعة فولت في سلسلة بمقاوم 30 كيلوأوم. ثم قم بتوصيله بأنود Nichrome باستخدام مشبك التمساح. قم بتوصيل الطرف السالب للبطارية بكاثود ITO باستخدام مشبك التمساح. تأكد من أن الأنود والكاثود لا يتلامسان. الآن ، قم بخفض الكاثود والأنود في المحلول الأزرق البروسي ، مع الحرص على عدم غمر مقاطع التمساح. استمر في الإعداد في المحلول لمدة دقيقة واحدة. ثم قم بإزالة وشطف القطبين في الماء منزوع الأيونات. كرر العملية باستخدام أقطاب ITO جديدة ، كل منها مغمور لأوقات ترسيب مختلفة وجهد البطارية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
سنقوم الآن بتحليل الأغشية المختلفة باستخدام النسبة المئوية لانتقال الضوء المرئي في حدود 750 إلى 400 نانومتر عبر التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية وفوق البنفسجية. أولا ، قم بإجراء مسح للخلفية باستخدام ركيزة ITO التي لم يتم تغطيتها باللون الأزرق البروسي. بعد ذلك ، قم بقياس النسبة المئوية لانتقال العينات المطلية باللون الأزرق البروسي ، مع طرح نفاذية الخلفية من ITO الفارغ. قارن الآن النسبة المئوية للنفاذية بين كل عينة. أولا ، دعنا نلقي نظرة على وقت الترسيب الفعلي. تم إيداع هذه العينات لمدة 30 و 60 و 240 ثانية. كانت النسبة المئوية للنفاذية أقل للعينات ذات أوقات الترسيب الأطول ، مما يشير إلى أغشية أكثر سمكا. وبالمثل ، أظهرت الأغشية المودعة بجهد أعلى نفاذية أقل من تلك المودعة بجهد منخفض ، مما يشير إلى تكوين أغشية أكثر سمكا عند الفولتية العالية.
</div>
<div class = "chapter_text" id = "script_4" >
كان للأغشية الرقيقة مجموعة واسعة من التطبيقات في هندسة المواد ومجالات البحث الأخرى. يمكن استخدام تقنية الطلاء الكهربائي لتصميم ميزات المقياس الصغير وسمك مقياس النانو على السطح. هنا ، يقوم الباحثون بتدوير مقاومة الضوء المطلية على ركيزة موصلة. ثم صممت شبكة صغيرة باستخدام قناع منقوش بشبكة باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية. ثم تمت إزالة النمط المكشوف بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام حل المطور للكشف عن نمط شبكي من الخنادق التي تكشف عن الركيزة الموصلة. ثم تم طلاء النحاس بالكهرباء على السطح مع تشكيل الفيلم المعدني فقط على الأجزاء الموصلة من الركيزة وليس على المقاومة الضوئية المتبقية.
بعد إزالة نمط مقاومة الضوء المتبقي ، بقيت شبكة من المعدن المرتفع ، بسماكة أقل من نانومترين. يمكن أيضا استخدام الطلاء الكهربائي لترسيب طبقات من المواد البيولوجية على السطح ، وبالتالي تحسين التوافق الحيوي لجهاز استشعار أو مسبار. هنا ، تم ترسيب طبقة رقيقة من الشيتوزان كهربائيا على كاثود ذهبي منقوش. الشيتوزان ، وهو عديد السكاريد ، قابل للذوبان تحت درجة الحموضة 6.3 وغير قابل للذوبان فوق درجة الحموضة 6.3. أدى التحليل الكهربائي للماء في الكاثود إلى زيادة محلية في درجة الحموضة ، مما تسبب في انتقال سول هلام للمادة ، مما يجعل الفيلم المودع غير قابل للذوبان. وقد مكن ذلك من استخدامه كسطح متوافق حيويا للتصاق الإنزيم وتطوير مستشعر الجلوكوز.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للطلاء الكهربائي للأغشية الرقيقة. يجب أن تفهم الآن كيفية عمل عملية الطلاء الكهربائي ، وكيف يتم إجراؤها في المختبر ، بالإضافة إلى بعض تطبيقات هذه التقنية. شكرا للمشاهدة.
</div>

يسمح الترسيب الكهربائي ، كما هو موضح في هذه التجربة ، بتعديل خصائص سطح المواد ضمن الحد الأدنى من التغيير في الحجم. في عملية الترسيب الكهربائي ، يتم تمرير تيار كهربائي عبر محلول كهربائي بين الأنود والكاثود. تنجذب الكاتيونات موجبة الشحنة في محلول الإلكتروليت إلى الكاثود سالب الشحنة وتترسب عليه. بمجرد ترسبها ، تكتسب الذرات الموجودة في الطبقة إلكترونات من خلال عملية الاختزال.
تعتمد سرعة وكمية الترسيب الكهربائي على قوة التيار الكهربائي المطبق بين الكاثود والأنود في محلول المنحل بالكهرباء. بالإضافة ...

الطلاء الكهربائي للأغشية الرقيقة

المصدر: لوجان جي كيفر ، وأندرو ر. فالكوفسكي ، و <a href="https://www.jove.com/author/Taylor+D._Sparks"> تايلور دي سباركس </a> ، قسم علوم وهندسة المواد ، جامعة يوتا ، سولت ليك سيتي ، يوتا 
الطلاء الكهربائي هو عملية تستخدم التيار الكهربائي لتقليل الكاتيونات المعدنية الذائبة بحيث تشكل طبقة رقيقة على قطب. تشمل تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة الأخرى ترسيب البخار الكيميائي (CVD) ، وطلاء الدوران ، والطلاء بالغمس ، وترسيب الرش وغيرها. يستخدم CVD سلائف الطور الغازي للعنصر المراد ترسبه. ينشر طلاء الدوران السلائف السائلة بالطرد المركزي. يشبه طلاء الغمس طلاء الدوران ، ولكن بدلا من تدوير السلائف السائلة ، يتم غمر الركيزة بالكامل فيه. يستخدم الاخرق البلازما لإزالة المادة المطلوبة من الهدف ، والتي تقوم بعد ذلك بألواح الركيزة. تنتج تقنيات مثل CVD أو الاخرق أفلاما عالية الجودة ولكنها تفعل ذلك ببطء شديد وبتكلفة عالية لأن هذه التقنيات تتطلب عادة جوا فارغا وحجم عينة صغيرا. لا يعتمد الترسيب الكهربائي على جو فراغ مما يقلل بشكل كبير من التكلفة ويزيد من قابلية التوسع. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحقيق معدلات عالية نسبيا من الترسيب من خلال الترسيب الكهربائي.

من الناحية النوعية ، سيصبح ITO المطلي باللون الأزرق البروسي شفافا عند تطبيق إمكانات سلبية كما هو موضح في الشكل 1 أدناه. يمكن عكس هذا التغيير عن طريق تطبيق جهد موجب. 
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10489/10489fig1.jpg"> 
الشكل 1 : الأزرق البروسي في حالاته الملونة والمبيضة. 
<p class="jove_content" fo:keep-together.wi...

Source: Logan G. Kiefer, Andrew R. Falkowski, and Taylor D. Sparks, Department of Materials Science and Engineering, The University of Utah, Salt Lake ...

الطلاء الكهربائي هو عملية تستخدم التيار الكهربائي لتقليل الكاتيونات المعدنية الذائبة على سطح القطب الكهربائي ، وتشكيل طبقة رقيقة. الأغشية الرقيقة هي طبقة من المواد يتراوح سمكها من أقل من نانومتر واحد إلى عدة ميكرومترات. تستخدم هذه الأغشية الرقيقة في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بدءا من الخلايا الشمسية إلى مجسات المستشعرات الحيوية ، وتوفر خصائص سطحية معدلة مع الحد الأدنى من التغيير في الحجم. ومع ذلك ، من الضروري أن يكون سمك الفيلم الرقيق متسقا ويمكن التحكم فيه. هناك العديد من تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة المختلفة التي يشيع استخدامها لإيداع الأغشية الرقيقة بشكل متحكم فيه ، ولكل منها مزاياها وعيوبها. في هذا الفيديو ، سوف نقدم تقنية الطلاء الكهربائي ، ونوضح كيفية تكوين غشاء رقيق باستخدام هذه الطريقة في المختبر. يتم إجراء الطلاء الكهربائي في مجموعة مثل الخلية الجلفانية التي تتكون من معدنين مختلفين ، أنود وكاثود ، متصلان بجسر ملحي أو غشاء مسامي. تحتوي هذه الخلايا الكهروكيميائية على تفاعلات نصف خلية أكسدة واختزال تحدث تلقائيا في كل من الأقطاب الكهربائية المعدنية ، وبالتالي تولد تيارا كهربائيا. يعتمد الطلاء الكهربائي على مفهوم مماثل. ومع ذلك ، فإنه يعكسه عن طريق توفير التيار ، وبالتالي يؤدي إلى تفاعلات الأكسدة والاختزال غير التلقائية. يتكون الأنود من المعدن المراد طلاؤه ويتأكسد ، مما ينتج عنه أيونات مذابة. تتدفق هذه الأيونات عبر المحلول الإلكتروليتي ، الذي يحتوي على أملاح معدنية وأيونات أخرى تسمح بتدفق الكهرباء. ثم يتم تقليل أيونات المعادن الذائبة وطلاءها على الكاثود. تتطلب عملية الطلاء الكهربائي أن تكون كل من مواد الأنود والكاثود موصلة. وبالتالي ، يتم استخدام المعادن عادة. يتم التحكم في سمك الطلاء عن طريق تغيير مدة وقوة التيار الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية. ستؤدي زيادة أي من هذه المعلمات أو كليهما إلى طبقات طلاء أكثر سمكا. الآن بعد أن تعلمت أساسيات الطلاء الكهربائي ، سنوضح هذه التقنية عن طريق طلاء طبقة رقيقة من الصبغة الداكنة ، الأزرق البروسي ، على ورقة من البوليستر مشفرة بأكسيد القصدير الإنديوم ، أو ITO. للبدء ، قم بإعداد المحلول الأزرق البروسي. الأزرق البروسي هو صبغة تنتجها أكسدة أملاح الحديديين. امزج 50 مل من حمض الهيدروكلوريك المولي 0.05 ، و 100 مل من 0.05 مولار سداسي سيانوفيرات البوتاسيوم (III) ، و 100 مل من 0.05 مولار من سداسي هيدرات كلوريد الحديد (III). الآن ، قم بإنشاء أنود عن طريق لف حوالي ثمانية سنتيمترات من سلك Nichrome في ملف محكم. قم بإعداد الكاثود عن طريق تقطيع البوليستر المطلي ب ITO أولا إلى مربع بحجم خمسة × خمسة سنتيمترات. ثم قم بإزالة الطلاء الخارجي الذي يحمي الجانب الموصل للمادة. بعد ذلك ، قم ببناء الدائرة عن طريق توصيل الطرف الموجب لبطارية تسعة فولت في سلسلة بمقاوم 30 كيلوأوم. ثم قم بتوصيله بأنود Nichrome باستخدام مشبك التمساح. قم بتوصيل الطرف السالب للبطارية بكاثود ITO باستخدام مشبك التمساح. تأكد من أن الأنود والكاثود لا يتلامسان. الآن ، قم بخفض الكاثود والأنود في المحلول الأزرق البروسي ، مع الحرص على عدم غمر مقاطع التمساح. استمر في الإعداد في المحلول لمدة دقيقة واحدة. ثم قم بإزالة وشطف القطبين في الماء منزوع الأيونات. كرر العملية باستخدام أقطاب ITO جديدة ، كل منها مغمور لأوقات ترسيب مختلفة وجهد البطارية. سنقوم الآن بتحليل الأغشية المختلفة باستخدام النسبة المئوية لانتقال الضوء المرئي في حدود 750 إلى 400 نانومتر عبر التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية وفوق البنفسجية. أولا ، قم بإجراء مسح للخلفية باستخدام ركيزة ITO التي لم يتم تغطيتها باللون الأزرق البروسي. بعد ذلك ، قم بقياس النسبة المئوية لانتقال العينات المطلية باللون الأزرق البروسي ، مع طرح نفاذية الخلفية من ITO الفارغ. قارن الآن النسبة المئوية للنفاذية بين كل عينة. أولا ، دعنا نلقي نظرة على وقت الترسيب الفعلي. تم إيداع هذه العينات لمدة 30 و 60 و 240 ثانية. كانت النسبة المئوية للنفاذية أقل للعينات ذات أوقات الترسيب الأطول ، مما يشير إلى أغشية أكثر سمكا. وبالمثل ، أظهرت الأغشية المودعة بجهد أعلى نفاذية أقل من تلك المودعة بجهد منخفض ، مما يشير إلى تكوين أغشية أكثر سمكا عند الفولتية العالية. كان للأغشية الرقيقة مجموعة واسعة من التطبيقات في هندسة المواد ومجالات البحث الأخرى. يمكن استخدام تقنية الطلاء الكهربائي لتصميم ميزات المقياس الصغير وسمك مقياس النانو على السطح. هنا ، يقوم الباحثون بتدوير مقاومة الضوء المطلية على ركيزة موصلة. ثم صممت شبكة صغيرة باستخدام قناع منقوش بشبكة باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية. ثم تمت إزالة النمط المكشوف بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام حل المطور للكشف عن نمط شبكي من الخنادق التي تكشف عن الركيزة الموصلة. ثم تم طلاء النحاس بالكهرباء على السطح مع تشكيل الفيلم المعدني فقط على الأجزاء الموصلة من الركيزة وليس على المقاومة الضوئية المتبقية. بعد إزالة نمط مقاومة الضوء المتبقي ، بقيت شبكة من المعدن المرتفع ، بسماكة أقل من نانومترين. يمكن أيضا استخدام الطلاء الكهربائي لترسيب طبقات من المواد البيولوجية على السطح ، وبالتالي تحسين التوافق الحيوي لجهاز استشعار أو مسبار. هنا ، تم ترسيب طبقة رقيقة من الشيتوزان كهربائيا على كاثود ذهبي منقوش. الشيتوزان ، وهو عديد السكاريد ، قابل للذوبان تحت درجة الحموضة 6.3 وغير قابل للذوبان فوق درجة الحموضة 6.3. أدى التحليل الكهربائي للماء في الكاثود إلى زيادة محلية في درجة الحموضة ، مما تسبب في انتقال سول هلام للمادة ، مما يجعل الفيلم المودع غير قابل للذوبان. وقد مكن ذلك من استخدامه كسطح متوافق حيويا للتصاق الإنزيم وتطوير مستشعر الجلوكوز. لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للطلاء الكهربائي للأغشية الرقيقة. يجب أن تفهم الآن كيفية عمل عملية الطلاء الكهربائي ، وكيف يتم إجراؤها في المختبر ، بالإضافة إلى بعض تطبيقات هذه التقنية. شكرا للمشاهدة.

Education

JoVE Science Education

Engineering

الهندسة

Materials Engineering

هندسة المواد

Electroplating of Thin Films

fast metal coating without a vacuum

Electroplating is a way to add a thin metal coating to a surface using electric current. In this process, dissolved metal cations are reduced and form a film on an electrode. The method is also called electrodeposition.

This page also compares electroplating with other thin film deposition methods. Chemical vapor deposition, or CVD, uses a gas-phase precursor. Spin coating spreads a liquid precursor by spinning it outward. Dip coating is similar, but the substrate is fully submerged instead of spun. Sputter deposition uses plasma to remove material from a target, and that material then plates onto the substrate.

CVD and sputtering can make very high quality films. However, they are slow and expensive. They also usually need a vacuum atmosphere and small sample sizes. Electroplating does not depend on a vacuum. That lowers the cost, improves scalability, and allows relatively fast deposition rates.

Fast Metal Coating Without a Vacuum

optical materialography part 1: sample preparation

optical-materialography-part-1-sample-preparation

Preparing Solid Samples for Optical Microscopy

Optical microscopy of solid materials starts with careful sample preparation. Materialography is the study of microscopic structures in solids and the features seen in those images. It helps reveal details such as porosity, grain size and shape, and whether the microstructure shows anisotropy, or direction-dependent structure. This lesson focuses on the preparation steps used before optical microscopy. It covers the techniques and procedures needed to ready a solid material sample for imaging.

optical materialography part 2: image analysis

optical-materialography-part-2-image-analysis

Quantifying Microstructure in Optical Materialography

Optical materialography can be used to measure the microstructure of solid materials. It focuses on the microscopic structures seen in an exposed surface and uses them to study the material more deeply. A common goal is to estimate the three-dimensional microstructure of a sample from a two-dimensional cross section. This approach relies on the structural features visible in the image. It helps turn surface observations into quantitative data about the material. X-ray tomography can also...

x-ray photoelectron spectroscopy

XPS Surface Analysis of Materials

X-ray photoelectron spectroscopy, or XPS, is a surface analysis method for studying materials. It measures elemental composition, empirical formula, chemical state, and electronic state of the elements in a sample. Because the signal comes from the top few nanometers, XPS is especially useful for examining surfaces. To collect an XPS spectrum, a material is irradiated with an X-ray beam. At the same time, the instrument measures the kinetic energy and number of electrons that escape from the...

x-ray diffraction

Crystal Structure Using X-ray Diffraction

X-ray diffraction is a materials science method for finding crystal structure. It uses incident X-rays that strike a sample and scatter from its atoms and molecules. The scattered X-rays are measured by their intensity and scattering angle. The results are plotted as intensity versus angle. Scientists then analyze the position of the peaks and their strength to determine the structure of the material. This method can also show how a real crystal differs from an ideal one. It can reveal effects...

focused ion beams

Focused Ion Beams in Microfabrication

Focused ion beams are used in microfabrication and nano-fabrication. A focused ion beam, or FIB, is an instrument that can fabricate, trim, analyze, and characterize materials on micro- and nano-scales. These tools are used in many fields, from nano-electronics to medicine. FIB systems work with a beam of ions. That beam can mill, or sputter, material away. It can also deposit material and image surfaces at small scales. In many research labs, the ion column of a FIB is integrated with the...

directional solidification and phase stabilization

directional-solidification-and-phase-stabilization

Zone Melting for Alloy Refining

Zone melting directional solidification is a metallurgical process used to move a narrow molten region through a crystal, usually a bar-shaped sample. A furnace travels along the rod, so the molten zone moves from one end of the bar to the other. This controlled motion changes how material forms as it solidifies. In alloys, solute atoms tend to separate into the melt. Impurities also concentrate in the molten zone instead of staying in the solid. As the molten region moves forward, it carries...

differential scanning calorimetry

Measuring Polymer Crystallinity with DSC

Differential scanning calorimetry, or DSC, is a method used to measure the thermal properties of materials. It helps scientists see how much heat a material stores as it warms up. This heat storage is called heat capacity. DSC also measures the heat absorbed or released during chemical reactions and phase changes. From these measurements, it can help determine other properties such as glass transition temperature and polymer crystallinity. Polymers often have long, chain-like structures that...

thermal diffusivity and the laser flash method

thermal-diffusivity-and-the-laser-flash-method

How Laser Pulses Measure Heat Flow

Laser flash analysis measures thermal diffusivity, which describes how fast heat moves through a material compared with how much heat it stores. This material-specific property helps show how a sample transfers thermal energy and how it responds to temperature changes. Thermal diffusivity is related to thermal conductivity, the measure of how heat moves through a material because of a temperature difference. That relationship also depends on the material’s density, shown as ρ, and its specific...

electroplating of thin films

Electroplating is a way to add a thin metal coating to a surface using electric current. In this process, dissolved metal cations are reduced and form a film on an electrode. The method is also called electrodeposition. This page also compares electroplating with other thin film deposition methods. Chemical vapor deposition, or CVD, uses a gas-phase precursor. Spin coating spreads a liquid precursor by spinning it outward. Dip coating is similar, but the substrate is fully submerged instead of...

analysis of thermal expansion via dilatometry

analysis-of-thermal-expansion-via-dilatometry

Using Dilatometry to Measure Heating Effects

Dilatometry measures how a material changes in size as temperature changes. It can track changes in length, area, shape, or volume. The method is used to calculate thermal expansion, which is the expansion of a substance when it is heated. Thermal expansion matters when choosing materials for systems that face changing temperatures. Some materials need high thermal expansion, such as the liquid in a thermometer, because the change helps detect temperature shifts. Other uses need materials with...

electrochemical impedance spectroscopy

Why AC Signals Matter in Impedance

Electrical impedance describes how a circuit element resists the flow of electricity. It is a more general measure than electrical resistance, especially when a circuit is not simple enough to be described by resistance alone. Resistance is the ability of a circuit element to resist current. It is defined by Ohm's law, which relates voltage and current. That relationship works well for ideal resistors, but many real circuit elements are more complex. When an alternating current, or AC, is...

ceramic-matrix composite materials and their bending properties

ceramic-matrix-composite-materials-and-their-bending-properties

Bone-Inspired Ceramic Composites in Bending

Bone helps show how ceramic-matrix composites work. In this material system, the ceramic part gives compressive strength, while the polymer fiber reinforcement adds tensile and flexural strength. By changing the amounts of ceramic and polymer, engineers can make materials for specific uses. This idea matters in biomedical engineering, where replacing or copying bone after disease or traumatic injury is an important goal. For this study, plaster of Paris, a calcium sulfate compound, is used to...

nanocrystalline alloys and nano-grain size stability

nanocrystalline-alloys-and-nano-grain-size-stability

Keeping Nanocrystalline Alloy Grains Small

Nanocrystalline alloys are metals with grain sizes smaller than 100 nm. These tiny grains can give the material enhanced physical and mechanical properties. That is why nanocrystalline alloys are used or studied for semiconductor devices, biosensors, and aerospace parts. A major challenge is making dense bulk materials from these alloys. To reach close to 100% density, the material must be processed with elevated temperature and pressure. But as temperature and pressure rise, the small grains...

hydrogel synthesis

Hydrogels and Their Water Absorption

Hydrogels are cross-linked polymers that can absorb water and swell. They are made with relatively simple procedures and inexpensive materials, which makes them useful for many school-level chemistry and materials science topics. A hydrogel starts with a polymer backbone built from monomer reagents. An initiator makes the polymer reactive, and a crosslinking species connects the chains together. This network gives the material its final structure. Water absorption is one of the key features...

materials engineering

This collection features cutting-edge methods for analysis and characterization of materials, and introduces a range of advanced materials and processes for new technologies and applications.

Explore how electroplating adds thin metal coatings, how it compares with CVD, spin coating, dip coating, and sputtering, and why it is fast and scalable.

Fast Metal Coating Without a Vacuum

Description

Transcript

Tags