工艺品“金叶”的电镀制作——推荐一个基础化

工艺品 金叶 的电镀制作 摘要 介绍树叶电镀的原理、制作方法、影响因素以及电镀效果优劣的评定等。实验既有趣味性，又涉及多种基本操作，有利于培养学生的实验兴趣，增强学生独立进行实验的技能。 关键词 树叶 电镀 教学改革 工艺品 树叶在日常生活中一般作为垃圾处理，但有些树叶从外观、造型上具有一定的艺术性与鉴赏价值，经电镀、标本制作等处理后，颜色金黄，且不会掉色，可长久保存观赏，常被用来制成装饰工艺品。在树叶、花等天然植物表面上，用电化学方法使金属的化合物还原为金属，形成金属层，称为防护-装饰性电镀 [1-3] [4-6] 传统的非金属电镀包括除油、粗化、活化、化学镀和电镀等工艺，但存在许多问题。在20世纪60～80年代，人们开发了非金属材料的直接电镀。非金属表面直接电镀的关键是基体的选择与处理，如选用具有一定导电性能的非金属材料如导电性高分子聚合物等。新采集的树叶中既含有水，又含有一定量的电解质，具有一定的导电性。将树叶的表面进行一定处理后，可用直接电镀技术对其进行电镀精饰。电镀铜的原理是： 阳极：Cu 2+ - - 2+ 为了得到较佳的镀铜效果，必须对树叶进行一系列预处理。 首先，对树叶进行前处理。以浓肥皂水(主要成分为苯磺酸钠)作为乳化剂，浸泡、洗涤去除树叶表面附着的灰尘和油污。借助化学刻蚀与机械打磨技术，溶解除去叶片上的部分叶绿素等有机基质，从而使树叶表面形成均匀微小的凹穴(粗化处理)，镀层沉积在凹穴中，可使金属镀层与树叶基体结合良好。 其次，是对树叶进行敏化。粗化处理后的树叶表面有无数凹穴，比表面积较大，有较强的吸附能力。在敏化液中浸渍时，能吸附Sn 2+ 2 3 敏化过程机理如下：由于树叶的敏化液pH<7，故发生Sn 2+ SnCl 2 2 + - SnCl 2 2 2 + - 液膜中的 其中，Sn(OH)Cl与Sn(OH) 2 Sn(OH)Cl+Sn(OH) 2 2 3 最后进行树叶的活化。敏化处理后的树叶表面存在一层微溶于水的凝胶状物Sn 2 3 AgNO 3 3 2 3 2 Ag(NH 3 2 4 树叶电镀实验包含了电镀的基本原理，直接电镀基体的选择，样品的前处理以及在电镀过程中需要注意的问题和条件的控制等，可为学生学习、了解电镀的原理与工艺提供一个简单、易行、完整的实验平台。经安徽大学基础化学实验中心对几个不同专业班级学生进行验证，认为这是一个较易实施又能很好锻炼学生基本实验技能、增强学生创新意识的基础化学开放性实验。 1 实验部分 1.1 原料、试剂及仪器 原料为新鲜树叶。 试剂：硫酸铜(CuSO 4 2 2 4 3 3 2 2 2 2 5 仪器： 6伏直流可调稳压电源、电流表、细铜丝、少许丝绸、玻璃片、镊子、烧杯、胶头滴管、量筒、玻璃棒。 1.2 实验装置 将处理后的树叶作为阴极、铜网作为阳极，在硫酸铜浓溶液中进行电镀铜，实验装置如图1所示。 1.3 实验步骤 (1) 选择一片质地较硬、完整美观的新采集的带柄树叶或脉络清晰的花瓣等作为原料(本实验中以树叶为原料)。 (2) 表面净化与粗化处理。 将树叶放入浓肥皂水中浸泡30min，用镊子将叶片取出，用清水漂洗后铺在玻璃片上，用丝绸轻轻贴在叶面上来回摩擦约20次，然后用镊子把叶片放入无水乙醇中浸泡10分钟，取出，自然晾干。 (3) 敏化与活化处理。 将叶片放入新配制的氯化亚锡溶液(1%(质量分数))中浸泡30秒，用镊子取出，再用蒸馏水反复漂洗3次以上。洗净后，置于银氨溶液中(200mL 3%(质量分数)的硝酸银溶液中，逐滴滴入3%的氨水，直到产生的褐色沉淀恰好消失形成无色透明的清液为止)，静置1min后，加入1mL 36%的甲醛溶液，水浴加热(温度低于40℃)2～3min后，取出用蒸馏水反复漂洗，可得到银色的树叶。 (4) 电镀铜。 配制400mL 30%(质量分数)的硫酸铜溶液，并滴加0.2～0.3mL 1.5mol/L硫酸。取2根洁净的细铜丝作为导线，用一根铜丝缠绕树叶的叶柄根部，并固定在玻璃棒上，插入硫酸铜电解液中作为电镀阴极；用另一根铜丝缠绕在铜网的顶部，将其固定在另一根玻璃棒上，作为电镀阳极。将两根铜丝联接到装有电流表和可调直流电源的电路中，将电压调到6V，移动铜网的玻璃棒，调节铜网和叶片间的距离，控制电流在0.5～1.0A之间，进行电镀操作，待叶片表面镀上一层均匀的金属铜(约2min)，停止通电，取出叶片在清水中漂洗、吹干，便可得到一片金色的镀铜树叶。 (5) 对制好的镀铜树叶，用数码相机进行拍摄记录；再将其置于光学显微镜下，观测表面镀层情况。 2 实验结果与教学评定设计 2.1 电镀前后的树叶形貌 比较电镀前后的树叶形貌知，在电镀前，树叶为叶绿色；镀铜后的树叶呈现金黄色，叶脉纹理清晰、细腻均匀，既能保持树叶原有的形状，又能体现电镀后的高雅华贵。 2.2 树叶电镀效果的判断及可能出现的问题 树叶表面镀层总的质量要求是镀层均匀细致、结合牢固、不起皮、不起泡等。可依据光学显微镜下表面镀层的观测结果，对电镀产物的整体外观形状、色泽、镀层均匀性以及有无缺陷等几方面进行考察。将其分为5个等级，并以此作为评价学生实验成绩的重要依据之一。以造型优美，极具观赏价值，均匀金黄色，鲜艳无杂色，无缺陷的电镀产物为最佳；若电镀后的树叶外观破损严重，存在多种杂色，颜色深浅不一，剥落较多，有大量缺陷存在，则表明实验过程中存在操作不当或其他问题。 教学实践中发现，学生所得的树叶电镀产物经常会出现以下几方面的问题，如只在个别部位发生电镀沉积或沉积不均匀；镀层结晶粗，且易出现“烧焦”现象；镀层有针孔出现；镀层发暗等。对于这些问题，可鼓励学生从影响金属成核与结晶的因素(如催化晶核、结晶速率、结晶温度以及晶核生长时间等)去积极探索、寻求原因，力求在实践中逐渐了解、掌握结晶学方面的知识。 2.3 影响树叶电镀的因素及实验中需要注意的问题 (1) 在还原银氨溶液时，若甲醛用量不足，则树叶表面的银镀层会比较薄，无法提供均匀有效的催化晶核而影响铜的电镀；适当增加甲醛的量，有利于树叶表面形成连续均匀的银镀层。 (2) 适当提高电解液的温度(如40℃)，有利于形成均匀、细致的铜镀层。温度过高或过低，在本实验中都易破坏金属铜的结晶成核速率与生长速率的平衡，而导致镀层出现结晶粗大、不均匀等现象。 (3) 若粗化时间过长(长时间浸泡)，可能导致有机基质被破坏；若粗化时间不足，树叶表面的有机基质未能被乙醇溶解，具有较强疏水性，则会导致粗化后表面不能被水润湿以致表面发黄、发脆并粗糙。 (4) 敏化的后处理相当重要，如果处理不当，则所得的镀铜膜层粗糙不纯，颜色呈黑棕色，直接影响电镀铜表层的均匀性和光亮性。 (5) 为了在电镀中最大效率地提供铜离子，镀液中铜片的面积与被镀物件面积的最佳比例为2. (6) 若电流密度过大，可能会破坏样品表面的导电物质，使其与样品的结合变得不再紧密，并使镀层起泡。而若电流密度过小，会使镀层的光泽性降低。 3 几点建议 (1) 本实验需提前让学生预习准备，可查阅相关植物电镀类工艺品的选择、制作、保存以及鉴赏等方面的资料，以便于学生自行准备原料，在学习电镀基本操作的同时，增强学生学以致用的积极性。 (2) 在实验过程中，由于所选择的叶片、花瓣的大小、质地存在差异，实验装置可自行重新设计，以便于在培养学生兴趣的同时，增强学生的创新意识。 (3) 镀铜的工艺方法很多，除采用上述的电镀方法外, 还可根据实际条件，鼓励学生采用其他方法如化学镀铜的方法进行实验，比较不同方法的优缺点。 参考文献 [1] 王玲.电镀与精饰,1998,20(3):15 [2] 陈一虎.苏州教育学院学报,2003,20(1):69 [3] 薛福连.中小企业科技,2006(6):47 [4] 曾华梁,吴仲达,秦月文,等.电镀工艺手册.北京:机械工业出版社,1989 [5] 邵延福.实用化工产品配方工艺手册.长春:吉林科学技术出版社,1990 [6] 李能斌,罗韦因,刘钧泉,等.电镀与涂饰,2005,24(5):46

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