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간단하게 해보는 금속의 도금 목록

조회 : 36232 | 2010-02-01


[ 실험재료 ]


전지(1.5V 일반 전지 2개 및 3V 리튬전지), 핀셋, 집게전선, 도금용액(금, 은, 동, 등), 도금하려는 물체(동전, 핸드폰, 악세서리 등), 증류수, 탈지용액(또는 사포 및 강철솜), 티슈 및 면수건, 뜨거운 물 및 헤어드라이기, 정류기(낮은 전압의 붓도금 및 침적 도금용 정류기)





[ 실험과정 ]
1. 핀셋으로 탈지면을 집어 고정한다.
2. 전지의 (+)극을 핀셋에 연결하고 (-)극을 구리판에 연결한다.
3. 도금할 금속을 전처리 한 다음, 도금 할 금속을 헤어드라이기로 온도를 높여준다.
4. 도금 할 금속을 구리판에 올려놓고 도금용액을 탈지면에 묻혀 천천히 대어주면 도금이 이루어진다(전압이 너무 높으면 검게 변할 수 있으므로 유의한다).







[ 실험원리 ]
산화환원 반응을 이용해 금속을 도금 해 보았다.

전해질 용액 속에 있는 금속 이온이 전자를 얻어서 금속으로 환원이 되고
환원된 금속입자가 도금하려는 물체 표면에 새로운 금속이 입혀지면서 도금이 이루어진다.





[ 주의할 점 ]
1. 적정 온도와 적정 전압을 유지 한다. 너무 높은 전압을 사용하지 않도록 주의한다.
2. 도금 용액을 묻힌 금속이 도금하려는 물체에 직접 닿지 않도록 주의한다.
3. 도금 용액이 손에 묻지 않도록 주의한다.





[ 더 알아보기 ]
도금의 원리와 여러 가지 도금방법

1. 침적도금과 붓도금






ㅋ


무전해 도금은 말그대로 전기를 사용하지 않고 화학반응을 통해 도금되는 방식입니다.

다시 말해서 도금이란 금속이온이 전자를 받아서 환원이 되어 특정표면에 달라붙는 것을 말하는데 일반적으로 알고 있는 도금은 정류기를 통해 나온 전기를 이용하여 도금하는 방식이 가장 많이 쓰입니다.

그러나 기판(substrate)에 전기를 줄 수 없는 epoxy나 기타 plastic류 같이 전기가 통하지 않는 곳에는 전기가 통하지 않아 이 위에 금속이 석출되어 도금이 될 수 없습니다. 이러한 경우 가장 많이 무전해 도금을 통하여 이 위에 도금을 하게 됩니다. 무전해 도금은 보통 2가지 방법이 있는데 하나는 ①환원도금 ②치환도금 방식이 있습니다.





첫째 환원도금 방식 중 무전해 동도금에 대해서 살펴보겠습니다. 환원도금방식은 말 그대로 환원반응을 통해서 금속이 석출이 되는 도금 방식입니다.

1) Cleaner / Conditioner : 에폭시 표면의 기름때라든지 지저분한 물질을 세척화 하고 기판 표면을 "+"상태로 활성화 시켜줍니다. conditioner 시킬 때 계면활성제 성분을 사용합니다.

2) Catalyst : Colloidal 성분의 Palladium을 "+" 활성화된 에폭시 표면에 부착을 시킵니다.

3) Accelerator : Palladium 콜로이드에 포함되어 Pd를 보호하고 있는 Sn(Tin)을 제거하고 에폭시 표면에 Pd Metal이 석출이 되게 만듭니다.

4) 무전해 화학도금 : 구리이온, EDTA, NaOH, 포름알데히드 성분들이 들어 있는데 Pd이 촉매 역할을 수행하게 되는데 이때 NaOH가 pH를 11이상 올려주게 되면 포름알데히드가 강력한 환원작용이 일어나며 이때 전자가 발생이 됩니다. 이 전자가 다른데로 가지 않고 바로 구리이온으로 흘러가 구리이온이 Pd 촉매위에 석출이 되어 도포가 되게 됩니다.





둘째, 치환도금에 대해서 알아보겠습니다.

치환도금 방식은 산화/환원력의 차이에 의해서 발생이 됩니다. 치환도금의 대표적인 물질은 Ni/Au도금이 있습니다.

Ni을 무전해 화학동도금 방식과 같은 방식을 써서 금속 표면에 전착을 시킵니다. 그리고 나서 금이온이 들어있는 Solution에 담가두게 되면 금이온이 원래 금 그자체로 존재하려고 하는 환원력이 니켈보다 엄청나게 강하기 때문에 니켈 금속을 가만히 두지 않고 니켈 내부에 있는 전자를 금이온이 강제적으로 빼앗아 니켈은 산화가 되어 이온이 되고 금은 니켈로부터의 전자를 받아서 환원이 되어 전착이 되게됩니다.

=> 무전해 금도금 방법 : 아래 [읽을거리] 참고

출처: [지식검색] 무전해 도금



[ 관련단원 ]
1. 7차 11학년 화학1 3. 금속 - 2. 금속의 성질과 이용(전기분해와 도금의 원리)
2. 7차 12학년 화학2 Ⅲ. 화학반응 5. 산화와 환원 (화학전지와 전기 분해)




[ 읽을거리 ]
시안화합물을 사용하지 않는 무전해 금 도금법 개발.
출처: [블로그]

다양한 플라스틱에 밀착성이 높은 금 피막 형성 가능
산업기술총합연구소(AIST) 나노테크놀로지연구부문 나노과학계측그룹 호리우치 신(堀內伸) 주임연구원, 나카오 유키미치(中尾幸道) 前주임연구원은 독성이 강한 시안화합물(cyanide)을 사용하지 않고, 여러 가지 플라스틱 기재와 밀착성 높게 무전해 도금이 가능한 방법을 개발하는 데 성공했다.

무전해 도금은 플라스틱 등의 절연 재료 및 복잡한 형상의 부품에 금속 도금을 실시하는 방법으로, 전자부품(프린트 배선판 등)이나 자동차부품(휠 캡, 핸들 등), 사무용품 등에 이용되고 있으며 산업계에 필수 불가결한 기술이다. 특히 금 도금은 전기 전도성, 저접촉 저항, 내식성(耐食性), 땜납 붙임성, 내마모성, 광반사성이 우수하기 때문에 신뢰성이 높은 피막(被膜)으로서 이용되고 있다. 그러나 종래의 무전해 금 도금은 청산칼리로 대표되는 시안화합물을 사용하기 때문에 독물의 관리, 환경부하 등의 문제가 있었다. 또 기재에 대한 밀착성 향상을 위해 번잡한 전(前) 처리가 필요하여 공정이 복잡한 것이 문제였다.





금번, 시안화합물을 사용하지 않는 새로운 무전해 금 도금 반응을 찾아내고, 또한 독자적으로 개발한 백금 콜로이드를 무전해 도금 반응 촉매로 사용함으로써 상온에서 단시간에 도금 반응이 진행하여 높은 밀착성을 갖는 무전해 금 도금법을 개발했다.

본 개발의 상세 사항은 2008년 9월 26일 오사카부립대학(大阪府立大學)에서 개최되는 제57회 고분자토론회 및 2008년 10월 20, 21일 AIST 츠쿠바 센터에서 개최하는「AIST 오픈 랩」에서 공개할 예정이다 ( 「금속 콜로이드의 응용 기술」이란 주제로 연구실 공개 예정).

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■ 연구의 내용
무전해 도금은 플라스틱이나 세라믹 등의 절연 재료의 표면에 미리 촉매를 고정화하고, 용액 중의 금속이온을 화학적으로 환원하여 금속피막을 형성한다. 금번, 무전해 도금 촉매로 직경 수 nm의 백금 나노 입자가 수중에 분산된 백금 콜로이드를 사용했다. 이 백금 콜로이드에서는 폴리머로 피복된 지름 약 3nm의 균일한 크기의 백금 나노 입자가 수중에서 안정적으로 분산되었다. 여기에 플라스틱 등의 기재를 담그면, 백금 나노 입자가 기재 표면에 균일하게 고정된다(그림 1 a 참조). 백금 나노 입자를 표면에 고정화한 기재를 의약품에도 이용할 수 있는 저농도의 과산화수소와 염화금산의 혼합수용액에 담그면, 백금 나노 입자의 촉매 작용에 의해 과산화수소수가 염화금산을 환원하는 것을 발견하고, 시안화합물을 사용하지 않는 안전하고 간편한 무전해 금 도금법을 개발했다. 그림 1의 b처럼 과산화수소수가 금 이온을 환원하고 고정화된 백금 나노 입자 상에 금 미립자가 석출되어 시간이 경과함에 따라 금미립자의 수가 증가하여 피막이 형성되어 간다. 다음의 화학 반응식과 같이 금 이온의 환원 반응이 기재에 고정화된 백금 나노 입자의 촉매 작용에 의해 진행한다고 생각된다.





금번 사용한 백금 나노 입자는 매우 높은 촉매활성을 갖기 때문에 상온에서도 금 도금이 진행되어 몇 분 내에 완료한다. 또, 도금 후 100~250℃(기재의 특성에 따라 온도는 다름)에서 약 30분 가열하면 도금 피막의 밀착성이 견고해지는 것을 알았다. 다시 말해, 이 가열 처리를 행하면 JIS K5600-5-6에 준한 테이프 박리 시험으로도 도금 막의 박리가 전혀 일어나지 않는 금 도금 피막이 형성된다. 이 무전해 금 도금 프로세스에 의하면 특수한 약품이나 장치를 사용할 필요가 없고, 여러 가지 플라스틱에 견고한 도금을 안전하게 실시할 수 있다.

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폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트 등의 플라스틱에 대해 밀착성이 양호한 도금 피막을 얻는 것을 확인하였다. 게다가 고무, 세라믹, 유리, 탄소 재료에도 응용이 가능하다.

금번 개발한 '시안을 사용하지 않는 무전해 금 도금법'은 독물을 사용하지 않고, 동시에 상온에서 실시하는 것이 가능하기 때문에 환경 부하가 낮은 에너지 절약 프로세스이다. 고분자를 비롯한 절연 재료 및 복잡한 형상의 부품에 대해 밀착성이 양호한 도금 피막의 제작이 가능하고, 또 폴리에스테르 등의 섬유에 적용하여 아름다운 금실을 만들 수도 있다.

향후, 연구팀은 여러 분야의 기업과 연계하여 구체적인 응용을 연구해나갈 예정이며, 백금 콜로이드의 촉매 작용이나 밀착성 향상의 메커니즘을 해명하고, 다른 금속의 무전해 도금으로 확대해 나갈 예정이다.
KISTI Nano Weekly / AIST 2008.09.18

|실험| 성신여자고등학교 박상희 선생님





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