Die galvanische Goldabscheidung ist aufgrund der chemischen Beständigkeit des Edelmetalls eine etablierte Methode, um Bauteile zu veredeln. Insbesondere im Elektroniksektor sind Eigenschaften, wie gute elektrische Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit wichtig und deshalb kann auf die galvanische Vergoldung nicht verzichtet werden. Grundlage für die Goldgalvanik bilden cyanidische Elektrolyte, da sie sich eine hohe Stabilität und prozesssichere Abscheidung auszeichnen. Als Ausgangskomponente für einen cyanidischen Goldelektrolyten wird das Kaliumgoldcyanid K[Au(CN)2] eingesetzt. Cyanide stellen jedoch aufgrund der hohen Toxizität ein Gefährdungspotenzial dar. Dieses führt dazu, dass hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt werden müssen. Außerdem sind aufwendige Abwasserbehandlungen und behördliche Kontrollen notwendig. Daraus ergibt sich ein großes wirtschaftliches und umwelttechnisches Interesse, besonders für kleine und mittelständige Unternehmen (KMU), an der Weiterentwicklung von cyanidfreien Goldelektrolyten zu forschen.
Fokus Forschung: Galvanische Goldabscheidung aus cyanidfreien Gold-Komplexen zur Anwendung in der Verbindungstechnik
Fokus Forschung: Galvanische Goldabscheidung aus cyanidfreien Gold-Komplexen zur Anwendung in der Verbindungstechnik
Forscher Nachwuchs | NWK 2023 | Tobias Schürer forscht zu cyanidfreien Gold-Komplexen
Eine mögliche Alternative bildet der neue Dithioharnstoff-Gold(I)-Methansulfonat Komplex. Mit dieser neuen Ausgangsverbindung konnten bereits erfolgreich außenstromlose Goldabscheidungen durchgeführt werden. Bei galvanischen Abscheidungen werden unerwünschte Nebenreaktionen beobachtet, die sich als braune Deckschicht auf dem Substrat zeigen. Die derzeitige Forschung an der Hochschule Mittweida in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Chemnitz beschäftigen sich mit der Synthese neuer cyanidfreier Goldsalze, die als Grundlage neuer Elektrolytentwicklung eingesetzt werden sollen sowie deren Additivierung (Zugabe weiterer Zusatzstoffe).
Für die elektrochemische Synthese neuer Goldverbindungen wird eine H-Zelle mit einem getrennten Anoden- und Kathodenraum verwendet, welche von einer ionenselektiven Membran getrennt sind. Im Anolyt liegen der Komplexbildner sowie die Methansulfonsäure und die Goldanode vor. Im Katholyt befindet sich eine saure Lösung und die Kathode aus Platin. Mit diesem Aufbau lässt sich das Gold elektrochemisch auflösen und mithilfe eines Komplexbildners stabilisieren. Durch die Trennung der Reaktionsräume durch die Membran wird das in Lösung gebrachte Gold nicht direkt wieder an der Kathode abgeschieden.
Auf diese Weise wurden bereits unterschiedliche Komplexbildner, von Phosphonaten über Xanthogenate bis hin zu Selenharnstoff, welche dem Thioharnstoff sehr ähnlich ist, getestet. Die erfolgreiche Substitution des Thioharnstoffs blieb bisher jedoch aus, sodass zunächst der Austausch der Methansulfonsäure mit unterschiedlichen Säuren erfolgreich realisiert wurde.
Aktuell werden Versuche mit Tetrachlorogoldsäure, als Ausgangsverbindung zur Synthese für neue cyanidfreie Goldverbindungen, durchgeführt. Als vielversprechende Komplexbildner haben sich Cystein (eine Aminosäure) und 5,5-Dimethylhydantoin (DMH) herauskristallisiert. Aus einer Lösung der Goldsäure mit dem Zusatz von DMH konnten bereits erste Goldschichten abscheiden (siehe Abbildung 2).
Der Gold-DMH-Komplex sowie der Gold-Cystein-Komplex sollen isoliert und anschließend weiter charakterisiert werden. Außerdem werden die weiteren Parametereinflüsse auf die galvanische Goldabscheidung untersucht.
Zur Person
Tobias Schürer studierte Nanotechnologie im Masterstudiengang der Westsächsischen Hochschule in Zwickau und schloss sein Studium 2020 ab. Seit Oktober 2021 arbeitet er an der Hochschule Mittweida in der Fakultät Ingenieurwissenschaft als wissenschaftlicher Mitarbeiter an dem Projekt GaGoKom in der Arbeitsgruppe Oberflächen- und Galvanotechnik von Professor Frank Köster. Seine Aufgaben sind die Synthese neuer Gold-Komplexe und die Schichtcharakterisierung der damit abgeschiedenen Goldschichten.
Text: Tobias Schürer
Fotos: (1) und (2) Hochschule Mittweida, (3) Lars Lehmann, TU Chemnitz