CCVD-Silberaktivierung von Preußisch Blau

Neuartige Aktivierung-Methode zur stromlosen, chemischen Abscheidung des Farbstoffs Preußisch Blau.



Abbildung: Chemisch abgeschiedene Preußisch-Blau-Schichten: Mit herkömmlicher nasschemischer Palladiumbelegung (a) und mit CCVD- Silberaktivierung (b). [Bildquelle: INNOVENT e.V.]
CCVD- Silberaktivierung

INNOVENT entwickelt eine neuartige Methode zur Aktivierung von Oberflächen für die stromlose chemische Abscheidung von Preußisch Blau (auch bekannt als Berliner Blau). Anstelle einer bisher üblichen nasschemischen Aktivierung von nicht autokatalytischen Oberflächen mit Palladium wird eine sehr kostengünstige flammenpyrolytische Abscheidung von Silber-Nanopartikeln für die Aktivierung der Oberflächen verwendet. Eine Anwendung dieser Technologie kann in der Herstellung von elektrochromen Gläsern liegen.

Die homogene Abscheidung des Farbpigments Preußisch Blau (Fe[Fe(II)Fe(III)(CN)6]3) auf großen Oberflächen, zum Beispiel für elektrochrom schaltende Anwendungen im Architekturglasbereich, erweist sich auf galvanischem Wege als schwierig, da die zur Verfügung stehenden TCO- Beschichtungen auf Glas zu hohe Spannungsabfälle aufweisen und dickere TCO-Schichten teuer und unwirtschaftlich wären. Eine Alternative stellt die stromlose chemische Abscheidung dar. Hierfür ist allerdings eine geeignete Aktivierung der Glas- bzw. mit TCO beschichteten Glasoberflächen erforderlich. Üblicherweise wird hierfür Palladium verwendet, welches über chemische Reaktionen z.B. aus Palladium(II)chlorid abgeschieden wird. Der hohe Preis der Palladiumverbindungen und deren notwendige Stabilisierung in saurer Umgebung, welche aber die für eine elektrochrome Anwendung erforderliche TCO-Beschichtung angreift, lassen diesen Weg auf den ersten Blick auch nicht sehr erfolgversprechend aussehen.

Einem Forscherteam von INNOVENT ist es nun gelungen, einen anderen Weg für diese Aktivierung zu finden: Mittels eines flammenpyrolytischen Verfahrens werden Silber-Nanopartikel auf die entsprechenden Oberflächen aufgebracht, die dann als Keime für die Preußisch-Blau-Abscheidung wirken. Mit dem unter Atmosphärendruck laufenden CCVD-Verfahren (CCVD steht für combustion chemical vapour deposition) können wenige Nanometer große Silberpartikel aus einer silbersalzhaltigen Precursorlösung mittels eines Gasbrenners in der Flamme erzeugt und auf dem Substrat abgeschieden werden. Die Untersuchungen zur nachfolgenden chemischen Abscheidung zeigten, dass bereits mit wenigen Durchläufen (Wiederholungen) eine ausreichend dichte Silberbelegung erzielt werden kann. Diese Art der Aktivierung führte im Gegensatz zu Versuchen mit der herkömmlichen chemischen Palladiumaktivierung zu sehr gleichmäßig gefärbten Preußisch-Blau-Schichten. Auch die Haftung der Schichten auf dem ITO-Glas erwies sich als sehr gut. Die Leitfähigkeit der ITO-Schicht wurde durch den CCVD-Prozess im Gegensatz zu den sauren Palladiumlösungen nicht beeinträchtigt.

Mittels cyclovoltammetrischer Untersuchungen konnte das elektrochrome Verhalten der Preußisch-Blau-Schichten auf den CCVD- aktivierten Proben nachgewiesen werden.

Das kostengünstige CCVD-Verfahren und der nahezu verschwindend geringe Verbrauch an silberhaltigem Precursor im Vergleich zu den erforderlichen Palladiummengen eröffnen damit eine wirtschaftlich attraktive Alternative für die Herstellung von Preußisch-Blau-Schichten insbesondere auf großen Flächen. Dies ist gerade für Herstellung von elektrochromen Verglasungen vorteilhaft.

Darüber hinaus eröffnet diese Methode aber auch eine Reihe von Möglichkeiten zur ökonomischen chemischen Abscheidung von Materialien, für die eine Silberaktivierung in Frage kommt. Neben der Verwendung von Preußisch Blau als eine Komponente für den Aufbau elektrochromer Zellen ist diese Verbindung vor allem für Molekular-, Gas- und Ionensensoren von Interesse. Eine weitere potenzielle Anwendung ist die Metallisierung nichtleitender Oberflächen, welche Gegenstand künftiger Untersuchungen sein wird.

INNOVENT ist eine Industrieforschungseinrichtung aus Jena, die Forschungsleistungen in den Bereichen Oberflächen, Werkstoffe und Systeme erbringt. Funktionalisierungen von Oberflächen durch Aktivierung oder Beschichtung mit Hilfe von Plasmen und Flammen unter Normaldruckbedingungen bilden eine der Kernkompetenzen in der industrienahen Forschungsarbeit ebenso wie eine umfassende Oberflächen- und Materialanalytik.





Zusatzinformationen:

Ivo Zunke, Dorit Kloß, Andreas Heft, Jürgen Schmidt und Bernd Grünler:
Replacing the wet chemical activation with an atmospheric pressure technique in electroless deposition of Prussian blue.
In: Surface and Coatings Technology; Volume 289, Pages 186 - 193, erschienen am 15. März 2016, DOI 10.1016/j.surfcoat.2016.02.002

Quelle: INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

Veröffentlicht am: 18.03.2016





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