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薄膜の電気めっき

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電気めっきは、電流を使用して電極表面に溶存した金属カチオンを低減し、薄膜を形成するプロセスです。薄膜は、1ナノメートル未満から数マイクロメートルまでの厚さの材料の層です。太陽電池からバイオセンサープローブまで幅広い用途に使用され、体積変化を最小限に抑えながら変質表面特性を提供します。しかし、薄膜の厚みが一貫して制御できることが不可欠です。薄膜を制御的に堆積させるために一般的に使用される多くの異なる薄膜堆積技術があり、それぞれに独自の利点と欠点があります。本ビデオでは、電気めっき技術を紹介し、実験室でこの方法を用いて薄膜を形成する方法を実演する。

電気めっきは、塩橋または多孔質膜で接続された2つの異なる金属、アノードとカソードからなるガルバニックセルのようなセットアップで行われます。これらの電気化学セルは、各金属電極で自発的に発生する酸化および還元半細胞反応を有し、それによって電流を発生させる。電気めっきも同様の概念に依存しています。しかし、電流を供給することで逆転し、非自発的な酸化還元反応を駆動します。アノードはめっきされる金属で作られ、酸化され、溶解したイオンを作り出す。これらのイオンは、電気の流れを可能にする金属塩やその他のイオンを含む電解液を流れます。

溶解した金属イオンは、カソード上で還元され、めっきされる。電気めっきプロセスでは、アノード材料とカソード材料の両方が導電性である必要があります。したがって、金属は典型的に使用される。めっき厚さは、電極間の電流の持続時間と強度を変化させることによって制御されます。これらのパラメータの一方または両方を大きくすると、めっき層が厚くなります。電気めっきの基礎を学んだので、濃い顔料、プルシアンブルーの薄膜を、酸化インジウムスズ、またはITOでコード化したポリエステルのシートにめっきして、この技術を実演します。

まず、プルシアンブルーのソリューションを準備します。プルシアンブルーは、フェロシアン塩の酸化によって生成される顔料です。0.05モル塩酸50ミリリットル、ヘキサシアノフェレート0.05モルカリウム(III)の100ミリリットル、および0.05モル鉄(III)の100ミリリットルを塩化六水和物と混合します。次に、約 8 センチメートルのニクロム ワイヤーをタイトなコイルに巻き付けることで、アノードを作成します。まずITOコーティングポリエステルを5センチメートルの正方形に切ってカソードを準備します。その後、材料の導電面を保護する外側のコーティングを除去します。

次に、9ボルトのバッテリの正端子を30kmohmの抵抗器で直結して接続して回路を構築します。次に、アリゲータークリップを使用してニクロムアノードに接続します。アリゲータークリップを使用して、バッテリーのマイナス端をITO陰極に接続します。アノードとカソードが触れないことを確認します。次に、カソードとアノードをプルシアンブルー溶液に下げ、アリゲータークリップを水没しないように注意します。ソリューションでセットアップを 1 分間保持します。その後、脱イオン水中で2つの電極を取り出してすすぐります。新しいITO電極でこのプロセスを繰り返し、それぞれ異なる堆積時間とバッテリ電圧に水没させます。

次に、UV-VIS分光法を使用して、750~400ナノメートルの可視光透過率を用いて様々なフィルムを解析します。まず、プルシアンブルーで被覆されていないITO基板を用いてバックグラウンドスキャンを行う。次に、プルシアンブルーコーティングサンプルの透過率を測定し、空白のITOからバックグラウンド透過率を差し引きます。次に、各サンプル間の透過率を比較します。まず、有効な堆積時間を見てみましょう。これらのサンプルを30、60、および240秒間堆積させた。堆積時間が長いサンプルでは透過率が低く、より厚いフィルムを示す。同様に、より高い電圧で堆積したフィルムは、より低い電圧で堆積したものよりも低い透過率を示し、より高い電圧での厚いフィルムの形成を示す。

薄膜は、材料工学やその他の研究分野で幅広い応用が行われています。電気めっき技術は、マイクロスケールの特徴とナノスケールの厚さを表面にパターン化するために使用することができます。ここで、研究者は、導電性基板上に被覆フォトレジストをスピンする。次に、UV ライトを使用してメッシュ パターン マスクを使用してマイクロスケール ラティスをパターン化しました。その後、UV露出パターンを現像液を用いて除去し、導電性基板を明らかにするトレンチの格子パターンを明らかにした。その後、銅は、残りのフォトレジストではなく、基板の導電部にのみ形成される金属膜で表面に電気めっきした。

残りのフォトレジストパターンを除去した後、上げられた金属の格子が残り、厚さは2ナノメートル未満であった。電気めっきはまた、表面に生体材料の層を堆積させるために使用することができ、それによって、センサまたはプローブの生体適合性を向上させる。ここで、キトサンの薄膜をパターン化された金陰極に電気的に堆積させた。多糖であるキトサンは、pH6.3以下に可溶性であり、pH6.3より上に不溶性である。カソードでの水電解は、pHの局所的な増加を誘発し、材料のゾルゲル転移を引き起こし、堆積したフィルムを不溶性にした。これにより、酵素接着やグルコースセンサの開発のための生体適合性表面としての使用が可能にしました。

あなたはちょうどJoVEの薄膜の電気めっきの紹介を見ました。ここで、電気めっきプロセスのしくみ、ラボでの実行方法、およびこのテクノロジの一部のアプリケーションについて理解する必要があります。見てくれてありがとう。

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