Placcatura in metallo composito senza bagno localizzata tramite elettrostamping

La galvanica tradizionale è ampiamente utilizzata per depositare pellicole sottili di una varietà di metalli, leghe e compositi metallici su superfici conduttive per funzionalizzarle per^{l’applicazione prevista 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12.} Questo metodo aggiunge una finitura metallica alle parti utilizzate nella produzione di apparecchiature aerospaziali, automobilistiche, militari, mediche ed elettroniche. L’oggetto da placcare, il catodo, è immerso in un bagno acquoso contenente precursori del sale metallico, che vengono ridotti in metallo sulla superficie dell’oggetto mediante l’applicazione di un potenziale chimico o elettrico. Le particelle composite non cariche possono essere incorporate nel film metallico aggiungendole al bagno durante il rivestimento per migliorare le proprietà del film per una maggiore durezza nel caso di ossidi metallici e carburi, scorrevolezza con polimeri o lubrificazione con oli^{liquidi 12,13}. Tuttavia, poiché queste particelle mancano di un’attrazione intrinseca per il catodo, il rapporto tra composito incorporato nel metallo rimane basso per la placcatura da bagno^13,14,15. Questo è particolarmente problematico per le particelle di grandi dimensioni che non si adsorbono al catodo abbastanza a lungo da essere incorporate dalla pellicola metallica in crescita. Inoltre, le particelle igroscopiche solvate in soluzioni acquose e il loro guscio di idratazione agisce come una barriera fisica che impedisce il contatto con il catodo¹⁶.

Alcuni metodi promettenti hanno dimostrato di mitigare questo effetto utilizzando solventi secchi non polari per rimuovere completamente la barriera di^{idratazione 17}, o decorando le particelle composite con molecole tensioattive^{cariche 16 che} interrompono il guscio di idratazione per consentire il contatto tra la particella e il catodo. Tuttavia, poiché questi metodi coinvolgono materiali organici, la contaminazione da carbonio è possibile nel film e la rottura di questi materiali organici potrebbe verificarsi agli elettrodi. Ad esempio, i solventi organici utilizzati (DMSO₂ e acetamide) vengono riscaldati a 130 °C in atmosfera inerte per un rivestimento privo di aria; tuttavia, li abbiamo trovati instabili durante il rivestimento nell’aria. A causa del riscaldamento resistivo agli elettrodi, reazioni redox con materiali organici possono causare impurità o siti per nucleazione eterogenea e crescita di nanoparticelle metalliche¹⁸. Di conseguenza, è necessario un metodo di galvanica acquosa privo di organici che affronti la sfida di lunga data dell’adsorbimento particella-catodo. Finora, è stato dimostrato che il rivestimento da bagno composito metallico incorpora particelle fino a pochi micrometri di^{diametro 19} e fino al 15 % di^{carico 16,17}.

In risposta a ciò, descriviamo un metodo di elettrostamping inorganico senza bagno che costringe le particelle composite a essere incorporate nel film ad alte coperture superficiali nonostante le loro grandi dimensioni e natura igroscopica²⁰. Rimuovendo il bagno, il processo non comporta contenitori di liquidi di rivestimento pericolosi e l’oggetto da placcare non deve essere sommerso. Pertanto, oggetti grandi, ingombranti o altrimenti sensibili alla corrosione o all’acqua, possono essere placcati o “timbrati” in aree selezionate con il materiale composito. Inoltre, la rimozione dell’acqua in eccesso richiede una minore pulizia dei rifiuti liquidi pericolosi.

Qui, dimostriamo questo metodo per produrre pellicole metalliche fluorescenti luminose co-depositando europium e disprosio non tossici e stabili all’aria drogati, alluminio stronzio (87 ± 30 μm) con nichel ad alti carichi (fino all’80%). Ciò è in contrasto con i precedenti esempi che erano placcati in un bagno e quindi erano limitati a piccoli (nanometri a pochi micrometri) fosfori¹². Inoltre, le pellicole elettrodeposited precedentemente riportate fluoresce solo sotto la luce UV ad onde corte, ad eccezione di un recente rapporto che è cresciuto di 1 – 5 μm cristalli di luminescente luminescente alluminio in un film di allumina con ossidazione elettrolita al plasma²¹. Le pellicole metalliche fluorescenti potrebbero avere applicazioni di vasta portata in molti settori che coinvolgono ambienti dim-light tra cui illuminazione del segnale^{stradale 21,}posizione e identificazione delle apparecchiature di manutenzione degli aeromobili^20,decorazioni di automobili e giocattolo, messaggi invisibili, autenticazione del^{prodotto 22,}illuminazione di sicurezza, identificazione dello stress meccanico¹⁰ e ispezione visiva dell’usura tribologica^12,16. Nonostante questi potenziali usi per superfici metalliche incandescenti, questo metodo potrebbe anche essere ampliato per includere ulteriori particelle composite grandi e / o igroscopiche per produrre una nuova varietà di rivestimenti funzionali metallo-composito che in precedenza non erano possibili tramite galvanica.