پوشش ‌ های الکتروشیمیایی نانوساختار و کاربردهای صنعتی آنها

1. پوشش‌های الکتروشیمیایی نانوساختار و کاربردهای صنعتی آنها ابوالقاسم دولتی دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی شریف

2. * فهرست مطالب: - نانو مواد - مبانی رسوب الکتروشیمیایی نانو پوشش ها - کنترل ترمودینامیکی و سینتیکی - فاکتورهای موثر در رسوب دهی نانو پوشش - اجزاء و مدار سیستم پوشش دهی - سل الکتروشیمیایی سه الکترودی با محیط بسته و تمیز - فرآیند پوشش دهی نانو - انواع فرآیندهای پوشش دهی نانو - ارتباط ساختار و خواص پوشش نانو - پوشش نانو ذرات - پوشش نانو وایر - پوشش مولتی لایه

3. مواد با کاهش اندازه تا مقیاس نانومتری با تعداد بسیار بالا در سطح توزیع می گردند. Nanoparticles Bacteries Materials Scale Molecules Viruses Spider Protein نانو مواد

4. * توسعه پوشش های نانودر زندگی کیفیت و کارایی بالاترمصرف مواد کمترتوسعه و کاربردهای جدید

5. * ایجاد پوشش نانومتری از عناصر و ترکیبات مختلف

6. * ماسک ورق مسی منطقه Loma Negra در Peru • سال 200 میلادی • باحذف محصولات خوردگی مس • لایه نازکی از طلا بر روی ورق مس ظاهر شده که به روش جانسینی الکتروشیمیایی ایجاد شده است • Lechtman, Sci. Amer., 250(6), 56 (1984).]

7. * پوشش های نانو نسل جدید قطعات الکترونیک

8. * پوشش نانو اکسید مس در حفراتهگزاگونال پروتئین (سفید رنگ) * پرینت الکترشیمیایی با دقت dpi 1000با ضخامت لایه nm 700

9. اجزاء و قطعات اتومبیل • مدارات الکترونیکی • قطعات مهندسی • جواهرات و سطوح تزئینی • ابزار موسیقی و صوتی • صفحات نمایشگر • ابزار MEMS و NEMS • پوشش های سخت و ضد سایش • پوشش های با مقاومت خوردگی بالا • پوشش های آب گریز • پوشش های آب دوست • و بسیاری کاربردهای دیگر * کاربردهای پوشش های نانوساختار :

10. * مبانی رسوب الکتروشیمیایی پوشش نانو :

11. * قانون فاراده: وزن رسوب متناسب با بار الکتریکی عبوری از سل الکتروشیمیایی می باشد: W = c It R It = Q , E= I (Amp)R 1 mol = 96500 coulombs آمپرومتری * مبانی رسوب الکتروشیمیایی پوشش نانو :

12. لایه مضاعف در فصل مشترک الکترود * مبانی رسوب الکتروشیمیایی پوشش نانو :

13. * سل رسوب دهی : سل الکتروشیمیایی پوشش مس بر روی کاتد

14. * پوشش نانو با کنترل ترمودینامیکی:

15. * پوشش نانو با کنترل سینتیکی :

16. * کنترل سینتیکی در فصل مشترک :

17. * کنترل سینتیکی در فصل مشترک :

18. * کنترل سینتیکی مولکول های آب در فصل مشترک:

19. * مورفولوژی، ساختار، اندازه دانه، شکل هندسی و ترکیب شیمیایی به فاکتورهای ذیل بستگی دارند: 1- دانسیته جریان و یا پتانسیل 2- طبیعت آنیون ها و کاتیون ها در محلول 3- ترکیب محلول 4- pH و دمای محلول 5- غلظت محلول 6- شکل موج منبع تغذیه 7- حضور ناخالصی ها 8- خواص فیزیکی و شیمیایی زمینه * فاکتورهای موثر بر رسوب دهی نانو پوشش ها :

20. * اجزاء و مدار سیستم پوشش دهی :

21. * سل الکتروشیمیایی سه الکترودی با محیط بسته و تمیز :

22. * سل الکتروشیمیایی سه الکترودی با محیط بسته و تمیز :

23. * مراحل فرآیند پوشش دهی نانو :

24. * مدل رسوب دهی نانو مواد فاکتورهای کنترل شده پاسخ های فرآیند \\\\\\\ فرآیند فاکتورهای کنترل نشده Black Box Model

25. پوشش طلا – قلع از حمام کلریدی * مدل رسوب دهی نانو مواد * فاکتورهای اصلی: سرعت پوشش دهی، پایداری حمام، ترکیب شیمیایی اندازه ذرات

26. * نسبت جرم ماده رسوب کرده به جرم ماده اگر همه جریان صرف پوشش می شد. فاکتورهای موثر: - الکترولیت - غلظت اجزاء حمام - pH و درجه حرارت و هم زدن - دانسیته جریان * راندمان پوشش نانو : * نکته: در رسوب دهی نانو عموما غلظت الکترولیت پائین و لذا راندمان کاهش می یابد.

27. * توانایی حمام به ایجاد رسوب در فرو رفتگی ها و برجستگی های سطح کاتد بعنوان قدرت پرتابی مطرح می شود. * این قابلیت برای مولتی لایه ها و نانو ذرات بسیار مهم می باشد. * حمام های قلیایی و سیستم های کمپلکس دارای قدرت پرتابی بالاتری هستند. * قدرت پرتابی پوشش نانو :

28. 1- پوشش دهی شیمیایی 2- پوشش Strike 3- پوشش از حمام کمپلکس 4- پوشش دهی کنترل جریان 5- پوشش دهی کنترل پتانسیل 6- پوشش دهی پالس سل ژل الکترولس * انواع فرآیندهای پوشش دهی نانو :

29. فرآیند سلژل یک روش شیمیایی است که در آن یک پیش ماده با ساختار M(OR)n با یک شبکه معدنی حاوی اکسید فلز منتهی می شود. پیش ماده حاوی گروههای آبکافت شونده (OR) مانند آلکوکسید عناصر واسطه بوده و R یک گروه آلی نظیر متیل، بوتیل و ... است. این فرآیند که بدلیل واکنش آلکوکسید در مجاورت آب از یک محلول به یک شبکه ژل و در نهایت به ماده جامدی تبدیل می شود، یک واکنش پلیمر شدن معدنی بشمار می رود که محصول نهایی آن شبکه اکسیدی حاوی ذرات اکسید فلزی MO-M است.فلز بکار رفته در تولید پیش ماده می تواند فلز واسطه ای نظیر Ti، Zr، V، Zn، Al یا حتی یک شبکه فلزی مانند Si باشد. در سالهای اخیر روش سل- ژل روش نوینی برای سنتز مواد معدنی اکسیدی در دمای پایین در مقیاس نانو بوده که مورد توجه بسیار قرار گرفته است. در واقعیک روش شیمیایی برای تهیه پودر، پوشش سرامیکی، الیاف، لایه های نازک و توده مواد متخلخل است. در این روش واکنشهای پی در پی تراکمی یک ترکیب آلکوکسید در مجاورت رطوبت منجر به تولید اکسیدهای با اندازه ذرات از نانومتر تا میکرون قابل کنترل است. * 1-1- پوشش سل ژل :

30. * 1-1- پوشش سل ژل :

31. * 1-2- پوشش الکترولس : عوامل احیا کننده (Red): - فرمالدئید - اسید هیپوفسفید - بروهیدراید قلیایی - دی بوراید قلیایی

32. مزایای الکترولس : - جریان خارجی نیاز ندارد - پوشش دهی زمینه های هادی و عایق - رسوب دهی نانو ذرات سه بعدی - پوشش رسوبات یکنواخت بدون اثر خطوط جریان * مزایای الکترولس :

33. - رسوب دهی در دانسیته جریان بالا در زمان کوتاه - پوشش دهی در الکترولیت با غلظت پائین - رسوب دهی از حمام های ویژه کمپلکس - تصاعد هیدروژن بوجود آمده و راندمان جریان پائین است * 2- پوشش از حمام Strike : سیستم تحت کنترلدیفوزیونی i time

34. - در حمام کمپلکس با افزایش جریان تصاعد هیدروژن کاهش و راندمان افزایش می یابد. - پوشش دهی یکنواخت تر در کل سطح - رسوب دهی تحت پلاریزاسیون غلظتی - پوشش رسوبات یکنواخت بدون اثر خطوط جریان - امکان پوشش دهی آلیاژی - کنترل شکل هندسی ذرات در ابعاد نانو متری * 3- پوشش دهینانو از حمام های کمپلکس: M2+ + L [ ML] 2+

35. * 4- پوشش دهی نانو با جریانثابت : E - پتانسیل برحسب زمان در این روش ثبت می گردد - پتانسیل تابع مقاومت محلول می باشد - اندازه ذرات توسط زمان کنترل می شود - از حاصل ضرب ixt میزان بار و از رابطه فاراده وزن و ضخامت پوشش بدست می آید. time W = c it R , w= D A t’

36. * 5- پوشش دهی نانو با پتانسیل ثابت : i - جریان برحسب زمان در این روش ثبت می گردد - سرعت تشکیل ذرات توسط جریان مشخص می شود - اندازه ذرات توسط میزان جریان و زمان کنترل می شود - وزن پوشش و ضخامت از سطح زیر منحنی بدست می آید. time Q = ò i dt

37. * 6- رسوب دهی پالس پوشش نانو: ON E - پتانسیل برحسب زمان قطع و وصل می گردد - جوانه زنی تشویق و رشد ذرات متوقف می شود - اندازه ذرات توسط میزان جریان و زمان کنترل می شود - وزن پوشش و ضخامت از سطح زیر منحنی ها بدست می آید. - رسوبات یکنواختر، فشرده تر و تخلخل و ناخالصی ها کاهش می یابد - تولید موج یکنواخت بسیار مهم است OFF time i time

38. * 6- پوشش دهی نانو با جریان پالس : * فاکتورهای موثر در پالس: - دانسیته جریان ماکزیمم - زمان خاموش و روشن (tON , tOFF) - سیکل کاری { Duty cycle = tON/(tON+tOFF) } - فرکانس - تولید موج مربعی - سرعت جوانه زنی با دانسیته جریان متناسب است رسوبات با اندازه دانه و کریستالیت درمحدوده نانو

39. * ارتباط ساختار و خواص پوشش نانو : کاربرد

40. * مکانیزم رسوب دهی و ساختار پوشش

41. * تشکیل سایت های رشد وعیوب

42. * جوانه زنی و رشد لایه ای

43. * چیدمان ساختار و تشکیل شبکه های کریستالی

44. * مدل های رشد بر حسب اور پتانسیل :

45. * رشد ستونی و حذف وابستگی به زمینه

46. * رسوب دهی اجزاء با یکدیگر:

47. * وابستگی خواص به ساختار پوشش :

48. 1- پوشش های نانو ذرات پوشش نانو ذرات با پالس بر حسب زمان

49. پوشش نانو ذرات با پالس اثر پتانسیل • جوانه زنی با پتانسیل افزایش می یابد • اندازه دانه با پتانسیل کاهش و دانسیته ذرات افزایش می یابد • توزیع ذرات یکنواخت تر است

50. پوشش نانو ذرات پوشش نانو ذرات • محدوده مناسب رسوب دهی را از منحنی E – i می توان بدست آورد. • پیک جریان اپتیمم شرایط رسوب دهی نانو ذرات را نشان می دهد که رسوب دهی تحت کنترل دیفوزیونی است.