一种无氰电镀纳米金电解液及制备方法和利用其制备纳米金镀层的方法技术

一种无氰电镀纳米金电解液及制备方法和利用其制备纳米金镀层的方法，它涉及一种电解液及制备方法和应用。本发明专利技术的目的是要解决现有无氰电镀工艺稳定性差和以乙内酰脲及其衍生物作为配位剂所沉积得到的金晶粒粗大的问题。一种无氰电镀纳米金电解液由主盐、配位剂、导电盐、添加剂和蒸馏水制备而成；方法：一、将配位剂和导电盐溶解到蒸馏水中；二、将主盐溶解到蒸馏水中；三、混合，添加添加剂，定容。利用一种无氰电镀纳米金电解液制备纳米金镀层的方法是以纯金片为阳极，以表面镀有光亮镍层的铜箔为阴极，将阳极和阴极浸入到用于制备无氰电镀纳米金镀层的电解液中，控制温度，搅拌速度和电流密度进行电镀。本发明专利技术适用于制备纳米金镀层。

A cyanide free electroplating electrolyte for nano gold and its preparation method as well as the preparation method of nano gold coating

【技术实现步骤摘要】
一种无氰电镀纳米金电解液及制备方法和利用其制备纳米金镀层的方法
本专利技术涉及一种电解液及制备方法和应用。
技术介绍
纳米级的金具有良好的导电性、生物相容性、小尺寸效应、量子隧道效应及高的表面化学活性等特殊的物理化学性质，因而在电镀、工业催化、生物医药、食品安全快速检测等领域有着广泛应用。当用作装饰性和防护性镀层时，纳米级的晶粒会使镀层更加致密，与基底结合牢固，不易产生孔隙，因此所需的金镀层厚度减小，从而降低成本，也提高了对基体的防护作用。同时，纳米金粒子在工业催化方面主要有如下用途：CO的氧化、NOx的还原、乙炔的氢氯化反应、醇的选择性氧化、水的光催化分解等。在生物医药领域，金纳米粒子可用于向细胞内转运药物、DNA识别与检测、免疫分析、单细胞分析等方面。此外，以金纳米粒子为标记物食品检测分析方法具有简单快速、特异性强、灵敏度高等优点。纳米金镀层的制备主要分为物理方法和化学方法，常见的物理方法有真空蒸镀法、软着陆法、激光消融法等，而化学方法通常采用还原剂还原法或电沉积法。电沉积方法制备金纳米镀层的优点是操作简便、可控程度高、产率高。然而经过一百多年的发展，电镀金技术依旧以传统的氰化物镀金为主。众所周知，氰化物有剧毒，对电镀工人的健康和环境都会产生巨大威胁，因此，开发无氰的、环保的镀金工艺是未来镀金工艺发展的必然方向。无氰电镀金研究的首要问题是寻找或研制无毒或低毒的配位剂，使其与金离子形成稳定的配离子，从而得到镀液性能和镀层性能可以与氰化物镀金相媲美的无氰电镀金工艺。目前无氰电镀金常用的配位剂有：亚硫酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸盐-硫代硫酸盐、柠檬酸盐、乙内酰脲、卤化物、酒石酸盐、焦磷酸盐、乙二胺、半胱氨酸等。其中亚硫酸盐镀金在工业上有一定的应用，但该工艺的稳定性与氰化物镀金相比较差，尤其pH值和温度都对其稳定性有较大影响，这一缺点大大限制了该工艺的推广和应用。乙内酰脲及其衍生物与金离子能稳定配位，得到稳定的镀液。然而，仅仅以乙内酰脲及其衍生物作为配位剂所沉积得到的金晶粒粗大，需要加入特定的添加剂才能将晶粒细化到纳米尺寸。因此，开发适合于乙内酰脲体系电沉积纳米金镀层的添加剂，具有重要的意义和应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有无氰电镀工艺稳定性差和以乙内酰脲及其衍生物作为配位剂所沉积得到的金晶粒粗大的问题，而提供一种无氰电镀纳米金电解液及制备方法和利用其制备纳米金镀层的方法。一种无氰电镀纳米金电解液由主盐、配位剂、导电盐、添加剂和蒸馏水制备而成；所述的主盐为氯金酸；所述的配位剂为乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、5,5-二苯基乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲和1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲中的一种或几种；所述的导电盐为碳酸钾；所述的添加剂为5-氨基喹啉、5-氟胞嘧啶、邻菲罗啉、1-乙酰哌啶、N-乙酰-L-谷氨酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、5-溴代吲哚、聚丙烯酰胺、聚卡波非、N-异丙基哌嗪、聚茴脑磺酸钠和2,2-联吡啶中的一种或几种的组合。一种无氰电镀纳米金电解液的制备方法，是按以下步骤完成的：一、将配位剂和导电盐溶解到蒸馏水中，得到混合溶液A；二、将主盐溶解到蒸馏水中，得到溶液B；三、将混合溶液A和溶液B混合均匀，再加入添加剂，最后使用蒸馏水定容，得到无氰电镀纳米金电解液；步骤三中所述的无氰电镀纳米金电解液中主盐的浓度为0.01mol·L-1～0.10mol·L-1，配位剂的浓度为0.20mol·L-1～0.40mol·L-1，导电盐的浓度为10g·L-1～75g·L-1，添加剂的浓度为10mg·L-1～100mg·L-1。利用一种无氰电镀纳米金电解液制备纳米金镀层的方法，是按以下步骤完成的：以纯金片为阳极，以表面镀有光亮镍层的铜箔为阴极，将阳极和阴极浸入到用于制备无氰电镀纳米金镀层的电解液中，控制用于制备无氰电镀纳米金镀层的电解液的温度为20℃～70℃并进行搅拌，在电流密度为0.4A·dm-2～1.4A·dm-2下进行电镀2min～20min，再将阴极取出，使用蒸馏水冲洗3次～5次，再冷风干燥，得到表面镀有纳米金镀层的铜箔。本专利技术的原理及优点：一、本专利技术以有机物乙内酰脲及其衍生物为电镀金配位剂，以5-氨基喹啉、5-氟胞嘧啶、邻菲罗啉、1-乙酰哌啶、N-乙酰-L-谷氨酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、5-溴代吲哚、聚丙烯酰胺、聚卡波非、N-异丙基哌嗪、聚茴脑磺酸钠和2,2-联吡啶中的一种或几种的组合作为添加剂，增大阴极极化，进而细化晶粒，通过电沉积法制备光亮的纳米金镀层；二、本专利技术无氰电镀纳米金电解液中添加剂的加入明显使得晶粒细化，得到纳米金镀层，平均晶粒尺寸约20纳米，宏观表现为镀层光亮、镀层颜色金黄，且适用于较厚镀层的制备，该工艺不含有剧毒物质，安全环保。本专利技术适用于制备纳米金镀层。附图说明图1为对比实施例一中不含添加剂制备的纳米金镀层的SEM图；图2为实施例一中含有添加剂制备的纳米金镀层的SEM图；图3为实施例一中含有添加剂制备的纳米金镀层的TEM图；图4为XRD图，图中1为标准金(JCPDSfile:04-0784)的XRD图谱，2为实施例一中含有添加剂制备的纳米金镀层的XRD图谱。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种无氰电镀纳米金电解液由主盐、配位剂、导电盐、添加剂和蒸馏水制备而成；所述的主盐为氯金酸；所述的配位剂为乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、5,5-二苯基乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲和1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲中的一种或几种；所述的导电盐为碳酸钾；所述的添加剂为5-氨基喹啉、5-氟胞嘧啶、邻菲罗啉、1-乙酰哌啶、N-乙酰-L-谷氨酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、5-溴代吲哚、聚丙烯酰胺、聚卡波非、N-异丙基哌嗪、聚茴脑磺酸钠和2,2-联吡啶中的一种或几种的组合。本实施方式的原理及优点：一、本实施方式以有机物乙内酰脲及其衍生物为电镀金配位剂，以5-氨基喹啉、5-氟胞嘧啶、邻菲罗啉、1-乙酰哌啶、N-乙酰-L-谷氨酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、5-溴代吲哚、聚丙烯酰胺、聚卡波非、N-异丙基哌嗪、聚茴脑磺酸钠和2,2-联吡啶中的一种或几种的组合作为添加剂，增大阴极极化，进而细化晶粒，通过电沉积法制备光亮的纳米金镀层；二、本实施方式用于制备无氰电镀纳米金镀层的电解液中添加剂的加入明显使得晶粒细化，得到纳米金镀层，平均晶粒尺寸约20纳米，宏观表现为镀层光亮、镀层颜色金黄，且适用于较厚镀层的制备，该工艺不含有剧毒物质，安全环保。本实施方式适用于制备纳米金镀层。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的无氰电镀纳米金电解液中主盐的浓度为0.01mol·L-1～0.10mol·L-1。其它步骤与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的无氰电镀纳米金电解液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无氰电镀纳米金电解液，其特征在于一种无氰电镀纳米金电解液由主盐、配位剂、导电盐、添加剂和蒸馏水制备而成；所述的主盐为氯金酸；所述的配位剂为乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、5,5-二苯基乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲和1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲中的一种或几种；所述的导电盐为碳酸钾；所述的添加剂为5-氨基喹啉、5-氟胞嘧啶、邻菲罗啉、1-乙酰哌啶、N-乙酰-L-谷氨酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、5-溴代吲哚、聚丙烯酰胺、聚卡波非、N-异丙基哌嗪、聚茴脑磺酸钠和2,2-联吡啶中的一种或几种的组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种无氰电镀纳米金电解液，其特征在于一种无氰电镀纳米金电解液由主盐、配位剂、导电盐、添加剂和蒸馏水制备而成；所述的主盐为氯金酸；所述的配位剂为乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、5,5-二苯基乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲和1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲中的一种或几种；所述的导电盐为碳酸钾；所述的添加剂为5-氨基喹啉、5-氟胞嘧啶、邻菲罗啉、1-乙酰哌啶、N-乙酰-L-谷氨酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、5-溴代吲哚、聚丙烯酰胺、聚卡波非、N-异丙基哌嗪、聚茴脑磺酸钠和2,2-联吡啶中的一种或几种的组合。


2.根据权利要求1所述的一种无氰电镀纳米金电解液，其特征在于所述的无氰电镀纳米金电解液中主盐的浓度为0.01mol·L-1～0.10mol·L-1。


3.根据权利要求1所述的一种无氰电镀纳米金电解液，其特征在于所述的无氰电镀纳米金电解液中配位剂的浓度为0.20mol·L-1～0.40mol·L-1。


4.根据权利要求1所述的一种无氰电镀纳米金电解液，其特征在于所述的无氰电镀纳米金电解液中导电盐的浓度为10g·L-1～75g·L-1。


5.根据权利要求1所述的一种无氰电镀纳米金电解液，其特征在于所述的无氰电镀纳米金电解液中添加剂的浓度为10mg·L-1～200mg·L-1。


6.如权利要求1所述的一种无氰电镀纳米金电解液的制备方法，其特征在于一种无氰电镀纳米金电解液的制备方法是按以下步骤完成的：
一、将配位剂和导电盐溶解到蒸馏水中，得到混合溶液A；
二、将主盐溶解到蒸馏水中，得到溶液B；
三、将混合溶液A和溶液B混合均匀，再加入添加剂，最后使用蒸馏水定容，得到无氰电镀纳米金电解液；
步骤三中所述的无氰电镀纳米金电解液中主盐的浓度为0.01mol·L-1～0.10mol·L-1，配位剂的浓度为0.20mol·L-1～0.40mol·L-1，导电盐的浓度为10g·L-1～75g·L-1，添加剂的浓度为10mg·L-1～100mg·L-1。


7.利用如权利要求1所述的一种无氰电镀纳米金电解液制备纳米金镀层的方法，其特征在于利用一种无氰电镀纳米金电解液制备纳米金镀层的方法是按以下步骤完成的：
以纯金片为阳极，以表面镀有光亮镍层的铜箔为阴极，将阳极和阴极浸入到用于制备无氰电镀纳米金镀层的电解液中，控制用于制备无氰电镀纳米金镀层的电解液的温度为20℃～70℃并进行搅拌，在电流密度为0.4A·dm-2～1.4A·dm-2下进行电镀2min～20mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：安茂忠，屠晓强，杨培霞，张锦秋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23