Како врући концентровани раствор хлорида злата (АуЦл₃) на 60–80 степени мења критичну дебљину зида кварцног омотача за грејаче за позлаћење и синтезу наночестица?

Проблем таложења племенитих метала из раствора врућег злата-хлорида

Златни хлорид (АуЦл₃) и његов хидратисани пандан хлороауринска киселина (ХАуЦл₄) су конвенционални прекурсори који се користе за галванизацију злата, таложење злата без електронике и производњу наночестица злата. Типичне индустријске концентрације 5-20 г/Л као златни метал. Радна температура 60-80 степени за купке за облагање и синтезне реакторе. Раствори су веома кисели (пХ 1-2) због хидролизе ХЦл: ХАуЦл4 + Х2О → АуЦл3(ОХ)− + Х3О+. Таљени силицијум показује јаку хемијску отпорност и не контаминира купатило племенитих метала и стога се често користи у растворима злата. Са друге стране, хлорид злата представља двоструку препреку, односно умерену киселинску ерозију слободним ХЦл и, што је још важније, редукцију топлоте златних јона у метално злато на површини кварца. Злато је племенит метал и има висок потенцијал редукције (Ау3+/Ау, Е степен =1.50 В) што значи да се брзо редукује органским нечистоћама, редукционим агенсима или чак водом на повишеним температурама. Таложено метално злато је танак, топлотно изолациони, рефлектујући слој који може да апсорбује зрачење и самим тим производи вруће тачке. Злато је инертно за разлику од сребра и не раствара се лако у конвенционалним киселинама за чишћење (царска вода је једина киселина која раствара злато). Због тога је тешко уклонити златне наслаге. У овом раду, брзина таложења злата на фузионисаном силицијум диоксиду и корозија киселине која је у основи су квантификовани као функција концентрације злата, температуре (60-80 степени) и чистоће раствора. Изведена је потребна дебљина зида кварцног омотача за практичне сервисне интервале (1.000–5.000 х) у грејачима за позлаћење и синтезу наночестица.

КОРРОСИОН У АБСЦХЕИДУНГСГесцхвиндигкеитен ИН ХЕИССЕН ГОЛДЦХЛОРИД-Лосунген

The attack of quartz in solutions of gold chloride is composed of two components. (0.1-0.5 M from hydrolysis) gradual acid corrosion occurs: SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O (although here it is HCl, not HF). HCl does not react directly with quartz to give volatile compounds, but slowly hydrolyses siloxane linkages. The corrosion rate at 70°C in 0.3 M HCl (pH ~0.5) is ~0.0003–0.0006 mm/hr. This is low, and seldom restricting. Second and more crucial, the reduction of the gold ions to metallic gold occurs on the quartz surface. Hot areas, organic contaminants (from tank linings, photoresists or handling) and light exposure catalyze decrease. The reduction reaction: Au³⁺ + 3e⁻ = Au⁰. Electrons are provided by reducing chemicals or by oxidation of water (2H2O ->О2 + 4Х+ + 4е-) који је термодинамички користан на повишеним температурама.

Тестирање топљеног кварца урањањем у раствор злата од 10 г/Л (као ХАуЦл₄) на 70 степени током 1000 сати не показује приметну киселу корозију. Међутим, у присуству било ког редукционог средства, таложење злата се детектује у року од неколико сати. Таложење злата је изузетно споро (< 0.001 mm equivalent thickness/week) in a clean, well-maintained bath with no organic contamination. In baths with conventional organic brighteners (used in plating) deposition rates of 0.005–0.020 mm equivalent thickness per week are not uncommon. The gold film is adherent and very reflective. As the layer thickens, it functions as a thermal barrier, increasing the temperature of the quartz surface. This elevated temperature speeds up both gold deposition and any underlying acid corrosion.

Зона менискуса је веома подложна таложењу злата због концентрације испаравања. Понекад се на линији течности формира златни прстен који је тешко уклонити.

Утицај дебљине зида на век трајања златохлоридних грејача

Злато се може депоновати са дебљим кварцним зидовима. Зид од 1,5 мм ће сакупљати злато истим темпом као и зид од 3,0 мм. Дебљи зид, међутим, има већу топлотну масу, што може смањити пораст температуре изазван изолационим златним премазом, и даје већу отпорност на топлотно оптерећење ако се појаве вруће тачке. За купке са високим таложењем злата (нпр. облагање белилом), препоручује се дебљи зид (2,5–3,0 мм). За купке високе чистоће (нпр. производња наночестица са строгом контролом контаминације) довољни су типични зидови од 1,5-2,0 мм.

Наслаге злата је веома тешко елиминисати. ХФ напада кварц, а не царску воду. Акуа региа није непријатељска према кварцу. Разблажена царска вода (3:1 ХЦл:ХНО3) раствара злато, али напада кварц. Исправка: Акуа региа не садржи ХФ. То је мешавина ХЦл и ХНО 3 . Не напада кварц. Због тога је разређена краљевска аква безбедна за чишћење кварца. Добро. Зато повремено уклањајте златне наслаге са 10% акуа региа. Акуа региа је, међутим, опасна и треба је третирати с поштовањем. Већина купаца се одлучује да замени грејач, уместо да га чисти краљевском водом.

Топлотне казне дебљих зидова у златним растворима

Топлотна проводљивост раствора хлорида злата на 70 степени Ц је око 0,55–0,60 В/(м · К)-слично води. За зид од 1,5 мм, Р_цонд=0.00109; за зид од 3,0 мм, Р_конд=0.00217. Са х=800 В/(м²·К), Р_гранична=0.00125. У пада са 427 на 292 В/(м²·К), смањење од 32%. Танки зидови су пожељнији за енергетску ефикасност.

Сценарио-Матрица за избор дебљине зида кварцног омотача у сервису врућег хлорида злата

Сценарио апликације и оперативни параметри Препоручена дебљина зида Образложење са квантификованом трговином-искључено
Галванизација злата (10 г/Л Ау, присутан осветљивач, 65 степени, месечно чишћење) 2,5 – 3,0 мм, стандардна квалитета, умерено полирано таложење злата. Дебљи зид је отпоран на топлотни стрес од врућих тачака. У ≈ 350 В/(м²·К).
Синтеза наночестица (висока чистоћа, 70 степени, кратке серије, без органских материја) 1,5 – 2,0 мм, кварц високе{3}}таложење минимално. Танак зид за брзу реакцију. У ≈ 450 В/(м²·К).
Безелектрично злато (присутно редукционо средство, 60 степени, континуирано) 3,0 мм, размотрите ПТФЕ брзо таложење злата. Живот кварца кратак без обзира на дебљину. Препоручује се алтернативни омотач.
Комплементарне модификације дизајна: Ултра чиста вода и ригорозна контрола контаминације спречавају смањење злата. Искључивање светлости успорава фотохемијску редукцију. Периодично чишћење разблаженом акуа региа (10%) уклања наслаге, али захтева мере предострожности. Полирана површина смањује адхезију злата.