Name: Revestimiento de metal compuesto sin baño localizado a través de Electrostamping (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-09-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 5 s
Description: Aprende electrostamping para revestimiento metálico compuesto sin baño en objetos conductores de cualquier forma. Este método permite alta carga de partículas fluorescentes en matrices metálicas.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Este trabajo fue apoyado por el Programa de Mejora de la Confiabilidad y Mantenimiento de los Equipos de Aeronaves y la Asociación Patuxent. Townsend fue apoyado por una Beca de Investigación Docente de la ONR. Los autores también reconocen el apoyo general de los profesores y estudiantes del Departamento de Química y Bioquímica smCM, incluido el apoyo del equipo de fútbol SMCM.

1. Preparación de sales de recubrimiento
ADVERTENCIA: Las sales de níquel y el ácido bórico son tóxicos y deben manipularse con el equipo de protección personal adecuado, incluidos guantes de nitrilo, gafas y una bata de laboratorio. Los ácidos y bases fuertes deben manipularse en la campana de humos, y todos los productos químicos de desecho deben eliminarse como residuos peligrosos.
<ol><li>Usando una balanza, sopesar los siguientes polvos en estas proporciones: 10.000 g de NiSO4x 6H2O, 2.120 g de NiCl2a 6H2O, 1.600 g de H3BO3 y combinar en un vial. Véase el Cuadro 1 para las concentraciones.</li>
	<li>Pesar 1.800 g de SrAl2O4:Eu2+,grafé3+ fósforo o fósforos alternativos incluyendo óxido de yttrium dopado de europium, aluminato de magnesio dopado de europium, o reemplazar con óxido alternativo, metal o material compuesto orgánico dependiendo del efecto deseado. NOTA: La cantidad añadida aquí puede variar en función de las propiedades del material compuesto y las cualidades deseadas de la película metal-compuesta.</li>
	<li>Usando un mortero de porcelana y un mortero, muele el polvo compuesto durante aproximadamente 10 minutos hasta que se convierta en un polvo fino. NOTA: Esto no cambia el tamaño de las partículas, pero separa las partículas agregadas.</li>
	<li>Del mismo modo, moler la mezcla de sal del paso 1.1 en lotes hasta que se convierta en un polvo fino.</li>
	<li>Combine el fósforo molido con la mezcla de sal molida en un recipiente para su almacenamiento.</li>
	<li>Pesar 0.188 gramos de la mezcla por cm2 de área de recubrimiento, como se prepara en el paso 1.5 y añadir a un recipiente con una tapa abierta que sea de fácil acceso.</li>
	<li>A esto, agregue 40 l de agua por cm2 del área de recubrimiento, y revuelva para disolver parcialmente las sales formando una pasta gruesa. Deja esto a un lado. NOTA: El protocolo se puede pausar aquí.</li>
</ol>2. Preparación de los electrodos
<ol><li>Con tijeras, corte el ánodo al tamaño y la forma que coincida con el objeto que se va a chapar. En este ejemplo, preparamos una lámina de níquelde 4 cm 2 para ser recubierta, y un ánodo de níquelde 4 cm 2 se corta para que coincida con esto. NOTA: Otros objetos se pueden recubrir, incluidos objetos grandes. En este caso, seleccione el área del objeto que se va a recubrir y corte el ánodo para que coincida con el área de recubrimiento.</li>
	<li>Con un hisopo de algodón o un paño, limpie la superficie de la lámina de ánodo y el cátodo (superficie del objeto de recubrimiento) con hidróxido de potasio concentrado (10 M) o base de hidróxido de sodio para eliminar el material orgánico. A continuación, enjuague las superficies con agua para eliminar el exceso de base.</li>
	<li>Con un hisopo de algodón o un paño, active la superficie del objeto con ácido concentrado. En el caso del níquel, se utiliza un 37% de vol/vol HCl, aunque para el acero, el 10% en volumen de HCl acuoso puede ser más apropiado. Consulte las recomendaciones para activar superficies metálicas proporcionadas en otro lugar para determinar el método adecuado para activar metales o aleaciones específicos23,24. NOTA: Después de este paso, la superficie metálica es reactiva y la superficie comenzará a reaccionar con oxígeno en el aire para formar una capa de óxido. Esto hará que la superficie esté inactiva, por lo que los siguientes pasos (2.4 – 3.5) deben realizarse en los próximos 5 minutos; de lo contrario, el paso 2.3 debe repetirse antes de continuar. ADVERTENCIA: Este paso debe realizarse en una campana de humo para evitar la exposición a vapores HCl.</li>
	<li>Rápidamente, deposite la pasta de recubrimiento en el objeto catódo. En este caso, el cátodo es una lámina de níquelde 4 cm 2 en la mesa de trabajo. Cubra el área del objeto que se va a planchar uniformemente y trate de evitar huecos en la pasta. NOTA: En este ejemplo, estamos pintando en esta pasta con dos cucharadas, sin embargo, otras opciones pueden incluir pulverización, inmersión o blading médico para aumentar la velocidad y la eficiencia de este paso.</li>
	<li>Con un hisopo de algodón o un paño, active el ánodo con ácido concentrado sumergiendo el hisopo en el ácido y frotando suavemente la superficie del cátodo. En el caso del níquel, se puede utilizar 70% vol/vol HNO3. NOTA: Sin embargo, otros ácidos pueden ser más apropiados para metales y aleaciones específicos. Consulte las recomendaciones proporcionadas en otros lugares para el reactivo adecuado para activar superficies de ánodos específicos23,24. ADVERTENCIA: Este paso debe realizarse en una campana de humo para evitar la exposición a NO2,un gas marrón tóxico que se forma durante la reacción. Continúe tratando la superficie hasta que la superficie se vuelva gris y texturizada. Después de este paso, la superficie metálica es reactiva y la superficie comenzará a reaccionar con oxígeno en el aire para formar una capa de óxido, por lo que los siguientes pasos deben realizarse rápidamente para evitar la inactivación del ánodo.</li>
	<li>Si se desea calcular la eficiencia actual, utilice un balance analítico para registrar la masa del ánodo y el cátodo.</li>
</ol>3. Montaje y recubrimiento
<ol><li>Ajuste previamente una fuente de alimentación a la corriente deseada en modo de corriente constante o voltaje, si se desea el modo de voltaje constante. En este ejemplo, el modo de corriente constante se utiliza con una corriente de 0,1 amperios (0,1 A por 4 cm2 a 0,025 A/cm2). NOTA: Para objetos más grandes o de forma irregular, el área de recubrimiento se puede predeterminar con una cuadrícula o utilizar una foto con barra de escala y un software de imágenes como ImageJ. La corriente aplicada se puede escalar para entregar la misma densidad de corriente requerida para el área de recubrimiento.</li>
	<li>Corte una pieza de lámina de nylon (o membrana hidrófila alternativa) a un tamaño mayor que el ánodo para que el ánodo no haga contacto directo con el objeto de cátodo.<ol>
<li>Coloque la hoja de nylon encima de la pasta de recubrimiento, y luego agregue una pequeña cantidad de pasta a esto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>A continuación, agregue 1-2 gotas de agua de una pipeta para permitir que la sal se disuelva parcialmente. Pasos 3.2.1 – 3.3 hacer que la hoja de nylon conductor y permitir el transporte masivo de iones a través del electrolito, que es necesario para equilibrar la carga en la reacción de recubrimiento.</li>
	<li>Finalmente, agregue el ánodo activado en la parte superior y adjunte el cable negativo al objeto catódo y el plomo positivo al ánodo. NOTA: Puede ser útil pegar estos cables para que la configuración permanezca estacionaria, especialmente si el experimento implica pequeños trozos de papel de metal. Esto es menos importante para los objetos grandes.</li>
	<li>Cubra el sistema con plástico o sello para ayudar a retener el agua, y aplique una presión moderada (100 g por cmde área), encienda la fuente de alimentación y continúe con el recubrimiento durante la duración deseada.</li>
	<li>Apague la fuente de alimentación y exponga el sistema.</li>
	<li>Desconecte los cables, separe los electrodos y enjuague el objeto cátodo con agua en un contenedor de residuos.<ol>
<li>Remoje los demás artículos en agua para eliminar las sales y deseche esta solución acuosa en el contenedor de residuos peligrosos debidamente etiquetado</li>
		<li>Con guantes, frote suavemente el objeto del cátodo a mano para eliminar las partículas compuestas sin recubrimiento. El revestimiento está completo y listo para la caracterización.</li>
		<li>Usando un balance analítico, registre la masa del ánodo y el cátodo y encuentre la diferencia entre estos valores y su masa original.</li>
		<li>Utilice las Leyes de electrólisis de Faraday para calcular la eficiencia actual. Los lunares teóricos del recubrimiento metálico se pueden determinar utilizando la Ecuación 1. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61484/61484equ01.jpg">Ecuación 1 donde n es la cantidad de metal depositado (unidades: mol), I es la corriente aplicada, t es el tiempo de recubrimiento, F es la constante de Faraday (96485 coulombs por lunar) y z es la carga del ion metálico. Calcule este valor en función de los parámetros experimentales.</li>
		<li>Divida la masa de depósito determinada experimentalmente obtenida de las masas del cátodo o ánodo (pasos 2.6 y 3.7.3) por la masa teórica perdida (ánodo) o ganada (cátodo) para calcular la eficiencia actual utilizando la Ecuación 2. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61484/61484equ02.jpg">Ecuación 2 [NOTA: Con una eficiencia actual del 100%, bajo voltaje constante, se espera una masa de depósito teórica de aproximadamente 1.095 g de níquel o 12,3 m de níquel por hora, dado 0,04 A y 4 cm2 de área. Del mismo modo, bajo corriente constante, aproximadamente 614,6 m de níquel teóricamente depositaría por unidad de 1A-cm -2 después de 30 min.]</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Caracterización con electroquímica
<ol><li>Utilice la cronopotenciametría para monitorear los cambios en el voltaje bajo corriente constante, y la cronoamperometría para monitorear los cambios en la corriente bajo voltaje constante.<ol>
<li>Encienda el potenciostato y designe la duración y la corriente o tensión aplicada.</li>
		<li>Repita los pasos 3.2 – 3.5 para preparar el revestimiento.</li>
		<li>Utilice un sistema calibrado de 3 electrodos para normalizar la tensión a un estándar de referencia.<ol>
<li>Coloque un electrodo de pseudo referencia de alambre de platino entre en la parte superior de la hoja de nylon y debajo del ánodo. Para asegurarse de que el electrodo de referencia no entra en contacto directo con el ánodo, utilice una lámina de nylon separada (o membrana alternativa) colocada en la parte superior de la referencia seguida de unas gotas de agua, una pequeña cantidad de pasta de recubrimiento (repita los pasos 3.2 – 3.3) y luego el ánodo.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Conecte los cables a los electrodos, selle, presione, comience el recubrimiento y monitoree los cambios de tensión o corriente.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Caracterización con espectroscopia de fluorescencia de rendimiento cuántico
<ol><li>Si el recubrimiento contiene partículas compuestas fluorescentes, utilice un fluorómetro equipado con una esfera integradora para obtener mediciones absolutas de rendimiento cuántico.<ol>
<li>Coloque el recubrimiento en la etapa de fluorómetro con el recubrimiento fluorescente orientado a 45o de la fuente de excitación y a 315o del detector.</li>
		<li>Registre los espectros de fluorescencia comenzando en una longitud de onda por debajo de la longitud de onda de excitación para registrar las áreas del pico de excitación y el pico de fluorescencia.</li>
		<li>Retire la muestra del fluorómetro y repita el paso 5.1.2 para registrar el pico de excitación en blanco. Calcular el rendimiento cuántico (QY) a partir de las proporciones de las áreas de los picos de excitación y emisión (Ecuación 3 y Figura 3B). <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61484/61484equ03.jpg">Ecuación 3 donde Aem, Aex y Ao son las áreas de pico en la longitud de onda de emisión de la muestra, la longitud de onda de excitación de la muestra y la longitud de onda de excitación del espacio en blanco, respectivamente.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Caracterización con microscopía óptica
<ol><li>Coloque la muestra en el escenario de un microscopio óptico calibrado con el lado del recubrimiento mirando hacia las lentes y ponga la superficie en el foco.</li>
	<li>Grabe imágenes de superficie en los aumentos y sitios de muestra de superficie deseados.</li>
	<li>Utilizando el software de análisis de imágenes (por ejemplo, ImageJ (IJ 1.46r)), calcule y trace la cobertura de la superficie y el tamaño medio de partículas compuestas.</li>
	<li>Para determinar el espesor del recubrimiento y las características de sección transversal, corte la lámina de cátodo con tijeras. Ajuste el recubrimiento en el lateral y vuelva a ajustar el enfoque. Repita los pasos 6.2 – 6.3.</li>
</ol>

<ol><li>Hunt, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHunt%2C+WH+%22Comprehensive+Composite+Materials%22">Comprehensive Composite Materials</a>. , Elsevier Ltd. (2000).</li>
<li>Hovestad, A., Janssen, L. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+codeposition+of+inert+particles+in+a+metallic+matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Electrochemistry%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Pulse+electrodeposition+of+Ni-SiC+nanocomposite%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electro+Co-deposition+and+Characterization+of+SiC+in+Nickel+Metal+Matrix+Composite+Coatings+on+Aluminium+7075%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Corrosion+and+wear+resistant+electrodeposited+composite+coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electroless+Ni-P+composite+coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Electrochemistry%22%5BJournal%5D)">Electroless Ni-P composite coatings.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 33 (9), 807-816 (2003).</li>
<li>Jugović, B., Stevanović, J., Maksimović, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemically+deposited+Ni+%2B+WC+composite+coatings+obtained+under+constant+and+pulsating+current+regimes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Electrochemistry%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Fabrication+of+self-lubricating+cobalt+coatings+on+metal+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electrocodeposition+of+Nickel-Diamond+and+Cobalt-Chromium+Carbide+in+Low+Gravity%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Recent+Advances+in+Mechanochromic+Luminescent+Metal+Complexes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Recent Advances in Mechanochromic Luminescent Metal Complexes.</a> Journal of Materials Chemistry C. 1, 3376-3390 (2013).</li>
<li>Lancsek, T., Feldstein, M. Composite electroless plating. US Patent. , 20060251910A1 United States (2006).</li>
<li>Walsh, F. C., Ponce de Leon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+the+electrodeposition+of+metal+matrix+composite+coatings+by+inclusion+of+particles+in+a+metal+layer%3A+an+established+and+diversifying+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Transactions+of+the+Institute+of+Materials+Finishing%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+development+of+composite+plating+for+advanced+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Minerals%2C+Metals+and+Materials+Society%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Kinetics+of+the+Deposition+of+Inert+Particles+from+Electrolytic+Baths%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+Mathematical+Model+for+the+Electrolytic+Codeposition+of+Particles+with+a+Metallic+Matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+monitoring+of+coating+health+by+in+situ+luminescent+layers%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electrodeposition+of+luminescent+composite+metal+coatings+containing+rare-earth+phosphor+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electrodeposition+of+indium+from+non-aqueous+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electrodeposition+of+composite+coatings+containing+nanoparticles+in+a+metal+deposit%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Bathless+Inorganic+Composite+Nickel+Plating%3A+Dry-Cell+Stamping+of+Large+Hygroscopic+Phosphor+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Interfaces%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Novel+method+of+phosphorescent+strontium+aluminate+coating+preparation+on+aluminum%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+and+Design%22%5BJournal%5D)">Novel method of phosphorescent strontium aluminate coating preparation on aluminum.</a> Materials and Design. 160 (15), 794-802 (2018).</li>
<li>Feldstein, M. D. Coatings with identification and authentication properties. US Patent. , 20120021120A1 (2012).</li>
<li>Rose, I., Whittingham, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRose%2C+I+%22Nickel+Plating+Handbook%22">Nickel Plating Handbook</a>. , Nickel Institute. (2014).</li>
<li>Anderson, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAnderson%2C+DM+%22Electroplating+Engineering+Handbook%22">Electroplating Engineering Handbook</a>. , Springer US. New York, NY. (1996).</li>
<li>Helle, K., Walsh, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodeposition+of+Composite+Layers+Consisting+of+Inert+Inclusions+in+a+Metal+Matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Transactions+of+the+Institute+of+Metal+Finishing%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+Electrodeposition+of+Composite+Coatings+based+on+Metal+Matrix-Included+Particle+Deposits%5BTitle%5D)+AND+%22Transactions+of+the+Institute+of+Metal+Finishing%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+electrodeposition+of+composite+coatings%3A+Diversity%2C+applications+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Electrochemistry%22%5BJournal%5D)">The electrodeposition of composite coatings: Diversity, applications and challenges.</a> Current Opinion in Electrochemistry. 20, 8-19 (2020).</li>
<li>Feldstein, N. Functional coatings comprising light emitting particles. US Patent. , US/1996/5514479A (1996).</li>
<li>Feldstein, N. Composite plated articles having light-emitting properties. US Patent. , US/1998/5834065A (1998).</li>
<li>Zimmerman, E. M. Method of Jet Plating. US Patent. , US/1957/2873232A (1957).</li>
<li>Schwartz, B. J. Method of Electroplating. United States Patent. , US/1961/3313715A (1961).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Pasos críticos de electrostamping. El electrostamping sin baño comparte muchos de los mismos pasos críticos con la galvanoplastia de baño tradicional. Estos incluyen la limpieza adecuada de los electrodos, la mezcla de iones metálicos en el electrolito y la aplicación y el potencial externo o químico (placado electro sin válvula) para causar la reducción de metal en el cátodo. Además, la oxidación del ánodo y el cátodo debe evitarse después de la activación del ácido enjuagando rápidamente con agua y aña...

La galvanoplastia tradicional se utiliza ampliamente para depositar películas delgadas de una variedad de metales, aleaciones y metalcompuestos en superficies conductoras para funcionalizarlas para la aplicación prevista1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Este método añade un acabado metálico a las piezas utilizadas en la fabricación de equipos aeroespaciales, automotrices, militares, médicos y electrónicos. El objeto a chapar, el cátodo, se sumerge en un baño acuoso que contiene precursores de sal metálica, que se reducen a metal en la superficie del objeto mediante la aplicación de un potencial químico o eléctrico. Las partículas compuestas no cargadas se pueden incorporar a la película metálica añadiéndolas al baño durante el recubrimiento para mejorar las propiedades de la película para una mayor dureza en el caso de óxidos metálicos y carburos, suavidad con polímeros o lubricación con aceites líquidos12,13. Sin embargo, debido a que estas partículas carecen de una atracción inherente al cátodo, la relación de compuesto que se incorpora en el metal sigue siendo baja para el revestimiento de baño13,14,15. Esto es especialmente problemático para las partículas grandes que no se adsorben al cátodo el tiempo suficiente para ser incrustadas por la película de metal en crecimiento. Además, las partículas higroscópicas se solvan en soluciones acuosas y su caparazón de hidratación actúa como una barrera física que impida el contacto con el cátodo16.
Se ha demostrado que algunos métodos prometedores mitigan este efecto mediante el uso de disolventes secos no polares para eliminar la barrera de hidratación por completo17,o mediante la decoración de las partículas compuestas con moléculas tensioactivas cargadas16 que interrumpen la cáscara de hidratación para permitir el contacto entre la partícula y el cátodo. Sin embargo, debido a que estos métodos implican materiales orgánicos, la contaminación por carbono es posible en la película y la descomposición de estos materiales orgánicos podría ocurrir en los electrodos. Por ejemplo, los disolventes orgánicos utilizados (DMSO2 y acetamida) se calientan a 130 oC en una atmósfera inerte para recubrimiento sin aire; sin embargo, nos pareció inestables durante el recubrimiento en el aire. Debido al calentamiento resistivo en los electrodos, las reacciones redox con materiales orgánicos pueden dar lugar a impurezas o sitios para la nucleación heterogénea y el crecimiento de nanopartículas metálicas18. Como resultado, hay una necesidad de un método de galvanoplastia acuosa libre de orgánicos que aborde el desafío de larga data de la adsorción de cátodos de partículas. Hasta ahora, se ha demostrado que el recubrimiento de baño compuesto metálico incrusta partículas de hasta unos pocos micrómetros de diámetro19 y hasta un 15 % de cargade 16,17.
En respuesta a esto, describimos un método inorgánico de electrostamping sin baño que obliga a las partículas compuestas a incrustarse en la película a altas coberturas superficiales a pesar de su gran tamaño y naturaleza higroscópica20. Al retirar el baño, el proceso no implica recipientes de líquidos de recubrimiento peligrosos y el objeto a chapar no necesita ser sumergido. Por lo tanto, los objetos grandes, engorrosos o sensibles a la corrosión o al agua, pueden ser chapados o "estampados" en áreas seleccionadas con el material compuesto. Además, la eliminación del exceso de agua requiere menos limpieza de los residuos líquidos peligrosos.
Aquí, demostramos este método para producir películas metálicas fluorescentes brillantes mediante el co-depósito de europio no tóxico y estable en el aire y disponía dopado, alúmina de estroncio (87 ± 30 m) con níquel a cargas altas (hasta 80%). Esto contrasta con ejemplos anteriores que estaban chapados en un baño y por lo tanto se limitaban a pequeños fósforos (nanómetros a unos pocos micrómetros)12. Además, las películas electrodepositadas previamente reportadas sólo fluorescente bajo luz UV de onda corta, con la excepción de un informe reciente que creció 1 – 5 m cristales de aluminato de estroncio luminiscente en una película de alúmina con oxidación de electrolitos plasmáticos21. Las películas metálicas fluorescentes podrían tener aplicaciones de gran alcance en muchas industrias que impliquen entornos de luz de carretera, incluida la iluminación de señales de carretera21, la ubicación de los equipos de mantenimiento de aeronaves y la identificación20,decoraciones de automóviles y juguetes, mensajes invisibles, autenticación de productos22,iluminación de seguridad, identificación de tensión mecanocócromática10 e inspección visual del desgaste tribológico12,16. A pesar de estos usos potenciales para superficies metálicas brillantes, este método también podría ampliarse para incluir partículas compuestas grandes y/o higroscópicas adicionales para producir una nueva variedad de recubrimientos funcionales compuestos metálicos que antes no eran posibles a través de la galvanoplastia.

<table><tbody><tr><td>37% M Ácido clorhídrico (aq)</td><td>SigmaAldrich</td><td>320331-500ML</td><td>corrosivo - mango en campana</td></tr> extractora <tr><td>70% Ácido nítrico (aq)</td><td>SigmaAldrich</td><td>438073-500ML</td><td>corrosivo - mango en campana</td></tr> extractora <tr><td>Alminato de bario y magnesio, europio dopado (s)</td><td>SigmaAldrich</td><td>756512-25G</td><td>polvo fino</td></tr><tr><td>Ácido bórico (s)</td><td>SigmaAldrich</td><td>B6768-500G</td><td>tóxico</td></tr><tr><td>Hisopo</td><td>de algodón Q-tips</td><td>Hisopos de</td><td></td>algodón</tr><tr><td>ImageJ</td><td>Institutos Nacionales de Salud</td><td>IJ 1.46r</td><td>software libre</td></tr><tr><td>Cloruro de níquel (II) hexahidratado (s)</td><td>SigmaAldrich</td><td>223387-500G</td><td></td></tr><tr><td>tóxico Sulfato de níquel (II) hexahidrato (s)</td><td>SigmaAldrich</td><td>227676-500G</td><td></td></tr><tr><td>tóxico Lámina de níquel (s)</td><td>AliExpress</td><td>Ni99.999</td><td></td></tr><tr><td>Guantes de nitrilo</td><td>Fisher Scientific</td><td>19-149-863B</td><td></td></tr><tr><td>membrana de nylon (s)</td>Microscopio óptico <td>Tisch Scientific</td><td>RS10133</td><td></td></tr><tr><td>equipado con filtro FTIC (470 &plusmn; 20 nm)</td><td>Nikon</td><td>Eclipse 80i</td><td></td></tr><tr><td>Envoltura de plástico</td><td>Fisher Scientific</td><td>22-305654</td><td></td></tr><tr><td>Mortero de porcelana</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB961A</td><td></td></tr><tr><td>Mortero de porcelana</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB961K</td><td></td></tr><tr><td>Hidróxido de potasio (s)</td><td>SigmaAldrich</td><td>221473-25G</td> potenciostato <td>corrosivo</td></tr><tr><td>con alambre de platino</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>Espectrofluorómetro</td><td>Photon Technology International</td><td>QM-40</td><td></td></tr><tr><td>Aluminato de estroncio, europio y disprosio dopado (s)</td><td>GloNation</td><td>756539-25G</td><td>polvo</td></tr><tr><td>Fuente de alimentación de CC lineal variable</td><td>Tekpower</td><td>TP3005T</td><td></td></tr><tr><td>Óxido de itrio, europio dopado (s)</td><td>SigmaAldrich</td><td>756490-25G</td><td>polvo fino</td></tr></tbody></table>

revestimiento de metal compuesto sin baño localizado a través de electrostamping

Localized Bathless Metal-Composite Plating via Electrostamping

El chapado compuesto con partículas incrustadas en la matriz metálica puede mejorar las propiedades del recubrimiento metálico para hacerlo más o menos conductivo, duro, duradero, lubricado o fluorescente. Sin embargo, puede ser más difícil que el chapado de metal, porque las partículas compuestas son 1) no están cargadas por lo que no tienen una fuerte atracción electrostática al cátodo, 2) son higroscópicas y están bloqueadas por una cáscara de hidratación, o 3) demasiado grandes para permanecer estancadas en el cátodo mientras se agita. Aquí, describimos los detalles de un método de chapado sin baño que involucra placas de níquel de ánodo y cátodo que intercalan una pasta de electrolito concentrado acuoso que contiene grandes partículas fosforescentes higroscópicas y una membrana hidrófila. Después de aplicar un potencial, el metal de níquel se deposita alrededor de las partículas de fósforo estancadas, agarrándolas en la película. Los recubrimientos compuestos se caracterizan por la microscopía óptica para la rugosidad de la película, el espesor y la carga de superficies compuestas. Además, la espectroscopia de fluorescencia se puede utilizar para cuantificar el brillo de iluminación de estas películas para evaluar los efectos de diversas densidades de corriente, duración del recubrimiento y carga de fósforo.

Después de seguir este protocolo, una capa delgada de metal debe ser chapada en la superficie del cátodo y contener las partículas compuestas que se agregaron a la pasta de recubrimiento. La incorporación de partículas fluorescentes o de color se puede observar mediante inspección visual como resultado de un cambio de apariencia en comparación con la superficie no revestida(Figura 1A1-A3). Para investigar el porcentaje de cobertura superficial de las partículas compuestas y ...

Aquí se presenta un protocolo de galvanoplastia sin baño, donde una pasta de sal metálica estancada que contiene partículas compuestas se reducen para formar compuestos metálicos a alta carga. Este método aborda los desafíos a los que se enfrentan otras formas comunes de galvanoplastia (jet, cepillo, baño) de partículas compuestas de incrustación en la matriz de metal.

Revestimiento de metal compuesto sin baño localizado a través de 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, ...

El electro estampación funciona atrapando partículas compuestas en el electrolito, obligándolas a la placa con el metal. Con esta nueva técnica, las altas cargas de partículas compuestas son posibles incluso en objetos sensibles al agua. A diferencia de la galvanoplastia típica, esta técnica no requiere sumergir el objeto en un baño líquido.Cualquier objeto conductor, independientemente de su tamaño o forma. Se puede recubrir con materiales funcionales. Los recubrimientos compuestos metálicos fluorescentes tienen aplicaciones de largo alcance para entornos de luz tenue, incluyendo la ubicación de los equipos de mantenimiento de aeronaves, la iluminación de señales de carretera y las marcas lógicas de viaje en piezas mecánicas de la máquina.Para comenzar a pesar el sulfato de níquel, el cloruro de níquel hexahidrato y el ácido bórico como se menciona en el manuscrito de texto y combinarlos en un vial juntos. Moler esta mezcla de sal a fondo a un polvo fino. Asegúrese de utilizar el equipo de protección adecuado, campanas de humo y un sistema de eliminación de residuos peligrosos.A continuación, pesar 1,8 gramos de diprosio de europium dopado aluminato de estroncio, europium dopado ó

localized-bathless-metal-composite-plating-via-electrostamping

Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

Monocapas auto-ensambladas (SAMs) formado por largas cadenas de alcanos tioles en oro proporcionan sustratos bien definidos para la formación de los patrones de proteínas y el confinamiento de la célula. Impresión por microcontacto de hexadecanethiol con un polidimetilsiloxano (PDMS) sello seguido por el relleno con un glicol terminada alcano tiol monómero produce un patrón en el que las proteínas y las células de absorber sólo a la región hexadecanethiol sellado.

La creación de dos dimensiones con dibujos sustratos para el confinamiento de proteínas y células

Se describe una técnica que permite nanomoulding bajo costo patrones a nanoescala de materiales funcionales, pilas de materiales y dispositivos completos. Nanomoulding se puede realizar en cualquier configuración de nanoimpresión y se puede aplicar a una amplia gama de materiales y procesos de deposición.

Nanomoulding de Functional Materials, un versátil método complementario para la replicación de patrones para nanoimpresión

El diseño robusto dispositivo de franja de campos electrostáticos actuadores MEMS resultados en condiciones de amortiguación de compresión de película inherentemente bajos y largos tiempos de sedimentación cuando se realizan operaciones de conmutación que utilizan polarización paso convencional. Conmutación mejora el tiempo con formas de onda DC-dinámicos en tiempo real reduce el tiempo de establecimiento de franjas de campo MEMS actuadores de paso de una puesta al abajo y abajo-a-arriba...

Real-Time DC-dinámico Método de polarización de conmutación Tiempo Mejoras en Severamente Subamortiguado Fleco campo electrostático MEMS actuadores

Los sustratos de cultivo celular funcionalizados con patrones a microescala de ligandos biológicos tienen una inmensa utilidad en el campo de la ingeniería de tejidos. Aquí, demostramos la fabricación versátil y automatizada de sustratos de cultivo de tejidos con múltiples cepillos de poli(etilenglicol) micromodelados que presentan químicas ortogonales que permiten la inmovilización espacialmente precisa y específica del sitio de ligandos biológicos.

La fabricación de sustratos de cultivo complejas utilizando robótica microcontacto impresión (R-μCP) y secuencial sustitución nucleófila

Se presenta un protocolo para exponer desnudas fibras en la superficie del compuesto mediante la eliminación de la zona rica de resina. Las fibras están expuestas durante la fabricación de los compuestos, no por el tratamiento superficial de post. Los compuestos de carbono expuestas presentan alta conductividad eléctrica en la dirección de espesor y altas propiedades mecánicas.

Implementación experimental de un nuevo método de fabricación compuesto: exponer desnudas fibras en la superficie del compuesto por el método de capa suave

Este protocolo describe una estrategia de fabricación basada en soluciones para electrodos transparentes, flexibles y de alto rendimiento con malla metálica gruesa y totalmente incrustada. Los electrodos transparentes flexibles fabricados por este proceso demuestran entre los rendimientos más altos reportados, incluyendo resistencia de lámina ultrabaja, alta transmitancia óptica, estabilidad mecánica bajo flexión, adhesión de sustrato fuerte, suavidad superficial y estabilidad ambiental.

Estrategia escalable de fabricación procesada por soluciones para electrodos transparentes de alto rendimiento y flexibles con malla metálica integrada

Métodos de fabricación de superficie para depósito con motivos de nanómetro gruesos pinceles o micrones espesor, películas del reticulado de un copolímero de bloque de azlactone se divulgan. Se discuten los pasos experimentales críticos resultados representativos y limitaciones de cada método. Estos métodos son útiles para crear interfaces funcionales con características físicas a medida y regulable reactividad superficial.

Fabricación de superficies reactivas con cepillo y reticulado de copolímeros de bloque funcionalizados Azlactone

Dispone de un protocolo simple para la fabricación de estructuras de hemiwicking de diferentes tamaños, formas y materiales. El protocolo utiliza una combinación de la estampa física, PDMS moldeado y película delgada superficial modificaciones vía común materiales técnicas de deposición.

Escalable de sello de impresión y fabricación de superficies de Hemiwicking

Se presenta un protocolo para la impresión química asistida por metal de características de microescala 3D con una precisión de forma inferior a 20 nm en obleas de silicio sólido y poroso.

Nanoimpresión electroquímica asistida por metal de obleas de silicio poroso y sólido

Este artículo describe un método de extracción supercrítica rápida para la fabricación de aerogeles de sílice. Mediante la utilización de un molde cerrado y caliente de la prensa hidráulica, los aerogeles monolíticos pueden hacerse en ocho horas o menos.

Preparación de sílice aerogel monolitos a través de un método de extracción supercrítica rápida

Aprende electrostamping para revestimiento metálico compuesto sin baño en objetos conductores de cualquier forma. Este método permite alta carga de partículas fluorescentes en matrices metálicas.

Revestimiento de metal compuesto sin baño localizado a través de Electrostamping

Explorar más videos