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東海大学が新しい透明な導電材を開発した。
現在使われているITOとも研究が進む酸化亜鉛とも異なる、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)を使う。
常温の低い真空中で、マグネシウムと炭素をスパッタリングで混合成膜し、それを水蒸気雰囲気下に10~15分置いておけば透明な結晶膜になる。水酸化マグネシウムは透明な絶縁体であるが、水酸化マグネシウムの結晶に炭素が入り込んだ形になることで、導電性が生まれていると考える。
現在は10-1Ωcm程度と、ITOより3桁大きい。透明度は高く、可視光域でおおむね9割。330℃で分解するが、100℃程度までなら安定。

日経BP Tech-On!ニュース-ナノテク- 東海大,インジウムを使わない新しい透明導電材料を開発(要約)

液晶などに必須な透明な導電材は、現在は酸化インジウム(In2O3)に酸化錫(SnO2)を加えたITO(Indium、Tin、Oxide)が使われており、酸化亜鉛(ZnO)系の研究も進められている。酸化亜鉛には酸化アルミニウム(Al2O3)や酸化ガリウム(Ga2O3)が添加される。
インジウムは希少な金属であり、最近はことのほか高い。低融点合金の実験をしたくても手が出ない。亜鉛は安価で豊富、透明度も高いが、まだまだ研究途上のよう。またいずれも、高温(200℃以上)での成膜になるために、基本的にガラス上に作る。
今回の新材料は、材料は豊富で安価であり、製法は平易であり、透明度も申し分ない。導電性能だけがネックだが、開発が進めば、これは主役になるやも。

 

とりあえず電気分解してみたサンポール(9.5%塩酸)。これを使って、メッキを試してみた。

まずは銅メッキ。

メッキ対象の黄銅(真鍮)はサンポールに浸けて酸化膜を除去する。塩酸は銅の酸化物は溶かすが銅自体は溶かさない。黄銅もたぶん同様。細かい泡が出なくなったら完了、しっかり水洗して、重曹で磨いたりして汚れがないようにする。
陽極に電線(アース用の銅単線)、陰極に酸洗した黄銅片、電源は単3アルカリ乾電池2直(実測へたれの2.7V)。
接続すると両極から泡が発生し、陰極の黄銅がすぐに銅メッキされる。とりあえず1分ほど施してみたが、こすっても取れない、金属光沢のある、きれいで丈夫なメッキ皮膜ができた。

そして金メッキ。

とりあえず予備知識を集めてみる。
基本的に反応しにくい物質だが、ハロゲンとは反応する。ヨードチンキ(ヨウ素およびヨウ化カリウム溶液)に溶かし、ヨウ化金による電解金メッキができる。
王水に溶かすと淡黄色の塩化金酸ができる。塩化だからこれもハロゲン。無電解金メッキ液の亜硫酸金ソーダの材料などになる。
酸素下のシアン化カリウム(青酸カリ)とも反応して、シアン化金カリウムになる。工業的な金メッキはこれを使う。シアン化合物にも溶ける。
金コロイド(微粒子が液体や固体に拡散したもの)は、赤、青、黒などさまざまな色を呈する。コロイド溶液かどうかは、レーザ光を当てると光路が見えるチンダル現象で確認できる。
塩酸は、水素よりイオン化傾向の小さい元素(金、プラチナ、パラジウム、銀、水銀、銅、ビスマス、アンチモン)とは反応しない。

金は塩酸には溶けないが、銅も塩酸には溶けない。銅は電流を流すという力技で溶かし出し、銅メッキができる。ならば金も力技で捻じ伏せられるのでは……との思惑。

陰極にする銅(生プリント基板)は、サンポールで洗って酸化膜を除去し、きれいに水洗しておく。陽極にする金は、先日購入した純金上澄10cm2(0.0193g)を折り畳んで棒状にする。メッキのための溶媒、サンポールは50ml。電源は単3アルカリ乾電池2直。実測3Vで、直結すれば100mA超、炭素棒(0.5mmシャープペンシルの芯)直結だと60mA~80mA程度の力はある。

通電してもすぐには反応がないが、しばらくすると両極から泡が発生し、金電極がもやもやと溶け始める。電流は徐々に増えて20mA台後半。溶けた金はゆるゆると沈殿する。サンポールは粘性があるためこう見えると思われる。
写真は、後述の電極間を近づけたときのもの。
沈殿した様子を上から。
サンポールは緑に着色されているので沈殿の色は不明だが、攪拌するとやや明るい色に見えることから、黄色系ではないかと想像。
攪拌すると溶解するように見えるが、チンダル現象から拡散しただけのよう。一日置くと、また沈殿が起こる。
金電極を取り出して確認すると、レモン色と黒の物質が付着してぐずぐずの状態。レモン色は塩化金酸か。
この電極を溜め水で洗ってみると、紫色が発生した。敷いたティッシュの染みも、紫がかって見える。金のコロイドか。
銅電極はあまり変化がない。金メッキもされていない。反応が鈍いので、金電極を近づけて、金電極の溶解した「もやもや」が直に触れるようにしてみたが、黒ずんで汚れるだけ。
取り出し、洗って磨いてよく見ると、光の加減か僅かに黄色っぽい色が付いているようにも見える。
これを1週間ほどおいてみると、銅は指紋がくっきりですっかり錆びているが、メッキ作業をした部分は錆びていない。極々薄くはメッキされたのかもしれない。
これをカードエッジコネクタに挿してみたところ、銅地が見えてしまった。メッキ強度云々以前に、薄すぎたためか。

金電極溶液になったとすれば陽極を炭素棒に変えても薄黄色が付くのでは、と試してみたが、変化は確認できず。塩酸が電気分解されただけのよう。チンダル現象やこのことから、やはり溶解はしておらず、単に微粒子になっているだけのようだ。

メモ

    http://www.grn.mmtr.or.jp/~noriko/GoldColloid/explanation.html
  • 塩化金酸の色は薄黄色。水に溶ける。
  • クエン酸を入れ、加熱すると還元され、赤紫色の金コロイドになる。
  • それに食塩を入れると、凝集が起こり、青くなる。
  • 金微粒子の表面にはOH-やCl-が着いてマイナスを帯びており互いに反発し会うが、Na+によってそれが弱められる。
  • さらに熱すると褐色の沈殿が起こり、それを濾過し、アクリル板などに押し付けると金色になる。

    http://www.chem.tottori-u.ac.jp/~konishi/xmorik/2001-21/text01.html
  • 塩化金酸とクエン酸ナトリウムの溶液を、静かにかき混ぜながら80℃で30分湯浴すると、黄色が青みを帯びだし青色になり赤みを帯びだし紫になり、最後に紅赤色になる。金の微粒子が成長することで色が変わる。
  • さらに5分加熱し、食塩を加えると紅赤色が青色に変わる。コロイド粒子が凝集するため。

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