化学镀

中国科学院院士，分析化学、半导体化学家，上海交通大学微纳科学技术研究院研究员沈天慧，因病于2011年1月2日凌晨2时55分在上海逝世，享年88岁。沈天慧院士遗愿希望丧事从简，不举行告别仪式。　　沈天慧1923年出生于浙江嘉善，1945年进入大同大学化工系就读，以优异的成绩毕业。　　新中国成立后，沈天慧进入中国科学院化学研究所工作。1954年，沈天慧被选派到中科院沈阳金属研究所工作，参加对我国新发现的包头白云鄂博稀土铁矿的分析，在稀土铁矿全分析方法上做出了贡献。1957年，沈天慧被派往苏联莫斯科冶金研究所进修半导体硅和化合物半导体的研制。经过2年的学习后回国，在长春应用化学研究所建立了我国第一个三氯氢硅法制备高纯硅小组，研制出我国第一批用该法制成的半导体高纯硅，开创了中国人自己研制高纯硅的历史。　　1966年，沈天慧调到中科院156工程处(北京)，1970年迁至陕西临潼县航天工业部771研究所，在以后的近10年里，沈天慧一直从事硅材料器件的研制工作，开辟了磁叠片存储器和玻璃半导体记忆材料的研究领域，为大规模集成电路的工艺研究做出了探索性和开创性的工作。　　1974年，沈天慧开始负责大规模集成电路研究。1975年，她领导的研究小组研制成功国产高档微机存储器1024，填补了国内空白，对发展我国微电子事业发挥了重要的历史作用。随后，她的小组相继研制成功多种大规模集成电路，屡获国家科学技术奖，以及国防科工委、航天部等部委科技奖励。　　沈天慧于1979年加入中国共产党，1980年当选为中国科学院学部委员。　　1987年，沈天慧调入上海交通大学，从事磁盘基片表面化学镀NI-P层、钕铁硼材料表面保护、硬磁盘表面润滑层及微机电系统研究。在她的主持下，1996年我国第一台直径2mm的电磁型微马达诞生了。　　在数十年的工作生涯中，沈天慧服从国家需要，三改专业，具有高度的奉献精神。她以一生的行动，实践着自己对党、对祖国诚挚的爱。

金属三维微结构由于其具有的独特的光学、热学、磁学、电子学和催化特性，在微机电系统（MEMS）、集成电路、高频电子、光电子、小型飞行器和支架等微尺度系统、微流体和微型机器人等领域具有极大的应用潜力。尽管存在用于制造宏观尺度三维金属结构的成熟技术，但到了微观尺度时，现有技术都较难实现。因此目前，先进行聚合物打印，以创建复杂的微 3D 结构，而后在结构表面镀一层金属这一方法引起了大家的兴趣。相比于传统的金属打印样品，3D 金属-聚合物复合功能器件具有更复杂、精密的结构，更轻的重量，以及更高的设计自由度和更高的集成度。近期，南洋理工大学的Hirotaka Sato教授团队，王一凡教授团队以及早稻田大学的Shinjiro Umezu教授团队合作提出了一种新型的金属-聚合物微尺度三维结构的制造方法。该方法采用将催化剂前体加载到光固化树脂中的方法，利用新型微立体光刻技术(nanoArch S140，摩方精密)进行复杂结构的高精度3D打印，并使用NaOH 溶液对打印样品进行预处理，以增加催化剂前体 [Pd(II)] 的存在，便于后续将金属化学镀(ELD)到打印样品上。 与传统工艺相比，该工艺更加安全环保，并且耗时更少，同时更加便宜。此外，此方法还可以实现金属的多层沉积以获得具有所需特性组合的多功能结构。该制造方法克服了传统化学镀工艺的瓶颈，例如进行预处理时对有毒化学品的使用。相关成果以“Modified polymer 3D printing enables the formation of functionalized micro-metallic architectures”为题发表在《Additive Manufacturing》期刊上。 图 1：使用 BMF microArch S140 3D 打印机对金属-聚合物混合微结构进行 3D 打印。a) Pµ SL技术示意图。b) 基于 Pµ SL 技术的微结构3D 打印过程 i) CAD 建模 ii) 切片 iii) Pµ SL 3D 打印 iv) 最终样品。c) 用于金属-聚合物混合微结构的化学镀工艺。微尺度金属三维结构的制造过程主要分为两个步骤：(i) 微尺度结构的Pµ SL打印。(2) 对打印样品表面的化学镀。团队成员使用面投影微立体光刻技术 (nanoArch S140, 摩方精密) 完成器件的制备。化学镀的流程如图1(c)所示。 (1) 用酒精以及去离子水清洗使用催化剂树脂打印的样品 (2) 将样品浸入 50 º C 的 0.2 M NaOH 中 30 分钟以便于树脂的开环，使 Pd2+活跃在样品表面。 (3) 用去离子水清洗样品上多余的NaOH。(4) 将样品浸入NaH₂ PO₂ 溶液中，50℃搅拌15分钟，使Pd (II)还原为Pd。(5) 重复去离子水清洗 (6) 将样品进行Ni-P/Cu 或Co-P 化学镀浴。(7) 用去离子水洗涤样品并吹干。为了通过微型 3D 打印技术制造微尺度结构，上述团队进行了打印材料配方的优化。基础配方是一种水洗光敏树脂。在不同的溶剂和条件下制备不同的PdCl2催化剂树脂，并将其放置5小时，通过观察是否有明显的沉淀现象产生，验证其稳定性。而后改变PdCl2浓度，研究其对催化剂树脂稳定性的影响（如图2所示）。结果显示，使用 0.7 M NH4Cl制备的 PdCl2催化剂树脂具有良好的稳定性，可打印精度达50µ m的微尺度结构。本研究在化学镀方法上有了很大改进，可以摆脱传统对于有毒化学药品的使用，同时均匀地将Ni、Cu、Co等金属镀在复杂三维微结构上，展现了在微电子、微型机器人等领域的巨大应用潜力。图 2：在不同 PdCl2 浓度条件下制备的催化剂树脂的稳定性。a) 在 0.7M NH4Cl 中用不同浓度的 Pd(II) 制备的催化剂树脂，以研究 Pd(II) 浓度对催化剂树脂稳定性的影响，i) 不同的 Pd(II) 溶液，ii) 催化剂树脂混合物b )相同Pd(II)浓度下，不同老化时间的催化剂树脂。 图 3：a) 树脂与打印机参数测试。b) 打印试样化学镀测试。c) 3D 打印微观结构精度比较 i) 水洗树脂和 ii) 催化剂树脂。 图 4：a) 树脂环断裂的碱性水解机理。b) 化学镀工艺优化。c) 化学镀 3D 打印结构。i) 镀铜立方体 ii) 镀镍网格立方体 iii) 镀钴齿轮 iv)镀镍迷你轮。 图 5：微尺度3D打印化学镀的应用。磁性微尺度机器人的运动 a) 研究中使用的局部和全局坐标系示意图 b) 绕 局部坐标系x 轴旋转以沿全局坐标系x 方向滚动 c) 绕局部坐标系 y 轴旋转 d) 沿局部坐标系 i) x 轴 ii) y 轴和 iii) z 轴移动。

塑料电镀是电镀行业最*大的增长市场之一。制造商正在使用塑料电镀部件来降低成本，包括从汽车标识到洗衣机上的各种装饰性部件。在这些部件镀上镍或铬饰面，以确保具有良好外观。消费者对此似乎并不介意；至2024年，塑料电镀市场规模将达到7.5亿美元。日立分析仪器的镀层分析专家Matt Kreiner在此解释了为什么应准备就绪，以及XRF技术应如何成为质量控制工具包的一部分。面向消费者市场的巨大趋势对塑料电镀的需求由两大面向消费者市场驱动：汽车和家用电器。在汽车行业中，造成塑料电镀组件数量增加的主要原因如下：第一，减轻车辆重量以提高燃料效率，第二，降低生产成本。通过在塑料制作的复杂形状上镀上镍和铬以获得性能良好的饰面，将大幅降低成本。塑料组件也不易腐蚀和磨损。在汽车制造业中，塑料电镀用于车轮盖、门把手、饰件、仪表板、格栅和许多其他组件。即日起至2024年，预计汽车塑料电镀细分市场规模将增长6.5%以上（复合年增长率）。2023年，预计全球家用电器行业规模将从1,740亿美元增至2,030亿美元。在该行业中，塑料电镀旨在降低制造成本。镀镍和镀铬是不锈钢的廉价替代品。而且，制造商仅需改变饰面，即可提供外观截然不同的独特产品，而无需在设计上做出巨大改变。这适用于从烤面包机到大型双门冰箱等大量产品。铬和镍是两种主要饰面；镍用在铬层下方，或者作为完整的饰面。采用的电镀技术是化学镀镍和电镀铬。可使用许多塑料材料，常见的基底类型包括：ABS、聚碳酸酯、聚乙烯和液晶聚合物。塑料电镀的XRF最*佳实践使用装饰电镀的成败均在于质量。质量欠佳的饰面会让消费者失望，并损害供应商的声誉。作为塑料金属表面处理提供商，必须提供高质量的部件。XRF分析无损、准确且快速，是最适合测量饰面厚度的理想技术。然而，当塑料上同时镀有铬和镍层时，某些XRF设备难以识别并难于准确测量。这是因为装饰电镀中的元素拥有非常接近的荧光X射线光谱峰位。处理这类问题的好方法是确保XRF设备配备正确类型的探测器。首先应考虑的探测器类型是硅漂移探测器（即SDD探测器）。SDD探测器比传统正比计数器具有更优的分辨率，可轻松读取不同金属层的谱峰。因此可轻松确保获得正确的电镀厚度，这对确保在组件的整个使用寿命期间提供高质量饰面至关重要。就金属表面处理提供商而言，塑料电镀带来的是真正的增长机会，尤其是在其已为汽车和家用电器制造商供货的情况下。联系我们，了解适用于准确测量镍和铬厚度的XRF光谱仪系列。