碳纳米管的化学镀铜

图 <! 碳纳米管原始形貌
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= % > <!1 23? 5 > E L$ G$ , ? ? 4 > % A A 5 I > , P $ 44 > 4 $ F Q P E L 由于碳纳 米 管 直 径 仅 为 0 )"/ )4 5"曲 率 大 " 长径比在 ! 见图 ! ( "且碳 纳 米 管 ) ) ) 以上 "易团聚 ’ 石墨化程度高 "化学 活 性 低 "很 难 被 金 属 或 化 合 物 沉积 "因此要想 在 碳 纳 米 管 表 面 均 匀 镀 上 一 层 铜 "
( !0)
/# -) 要想发挥碳纳米管 性 能 必 须 解 决 两 个 问 题 ( & !"
如何增强碳纳米管和金属基体的润湿 性 ’ 碳 纳米 (" 管如何在基体中均匀分散 %碳 纳米管 的表面 张力 临 界值为 ! * ) )"( ) )5’ 5 量 级 #大 多 数 金 属 的 表 面 ( 9) 张力都远远超出其临界 值 ! 如& * % O Q!( 9 ) 5’ 5" 若碳纳米管未进行表面处理 #其 与金属 基体 难以形 成结合牢固的界面结合 #优异 的力学 性不能 充分 发 挥 %因 此 #碳 纳 米 管 必 须 进 行 表 面 处 理 #而 化 学 镀
! !$ 必须对碳纳米管进行预处理 # ! ( 氧化 )在 浓 硝酸 !
=a! )& /* F E 5 E , > F Q , E a( /[ * > J Q L F E JS ? F N’ > _= + + X
化学镀覆的工艺流程如图 0 所示 )
和浓硫酸浓度比为 ! 的混合液中 "在 ! " ) [ 下 煮沸 如图 ( 0N"以改善碳纳米 管 的 分 散 性 及 表 面 状 况 ’ 所示 ( "从图( 中可见 "经氧化处理后的碳纳米管变 得短而直 "且呈纳米级分散 * (敏化 )在)& & ( ! 5 $ % \ H 4 O % 0(活 化 ) 在 ( 的 敏 化 液 中 进 行 敏 化 处 理* & (& "]! )^0 5 $ % \Y J O % ( 活 化 液 中 进 行 活 化 处 理" 万方数据 每一过程中均使用超声波进行充分分散 !
%理 论 计
算表明 #碳纳米管具 有 很 好 的 轴 向 强 度 ’密 度 是 钢 的! * -’ 结 构 稳 定 ’ 碳 纳 米 管 的 抗 拉 强 度 为 7 ) ) #是钢的 ! #远大于 C Y > ) ) 倍 ’弹性模量为 0& 91 Y > ( ") 纤维 %这些性能使得碳纳米管在 复 合材 料 领 域 具 有很好的应用 前 景 #成 为 复 合 材 料 理 想 的 增 强 体 %
关键词 !碳纳米管 ’化学镀 ’铜 中图分类号 ! 1 60 7 0’ 18! ( 9& !:! 文献标识码 !*
2 # 3 1 + ) # ’ ’4 , 1 % & . 3 , + 6 ) && , & ) 1 * 6 #7 % 1 "3 ) # + 5) 4 4
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万方数据 通讯作者 !凤 ! 仪 #教授 ’电话 & & ) / / ! 0 " ( 0 ! / )’ 2 @ 5 > ? % G ! ( 0#5 > ? % & N G & > N& I 4 M
ห้องสมุดไป่ตู้-+
中国有色金属学报 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!( ) ) "年"月
就是一种很好的方法 ! 化学镀具有很好的均镀能力 "且镀后碳纳米管 的分散性提高 "由于镀覆后的碳 纳米 管 用作 铜 基 复 合材料 "因此采用化 学 镀 铜 "在 碳 纳 米 管 表 面 镀 上 一层铜 "以增加碳纳 米 管 和 基 体 的 润 湿 性 !从 化 学
!
基金项目 !国家自然科学基金资助项目 ! " ’安徽省自然科学基金资助项目 ! " / ) ( 9 ! ) ( ! ) 0 ) " " ) ! 收稿日期 ! ( ) ) 0 ) 9 ) .’修订日期 ! ( ) ) 0 ! ( ) ( 作者简介 !袁海龙 ! #男 #硕士研究生 & ! . 9 9 "
7! )$ "由 于 碳 纳 米 管 本 身 是 一 维 方 向 镀铜工艺考虑 #
生长的 "直 径 仅 为 0 )"/ )4 5"反 应 活 性 低 "曲 率 大 "因此普通镀 铜 工 艺 不 适 合 碳 纳 米 管 表 面 镀 铜 ! 本文通过镀前处理 "即采用氧化 %敏化 %活化工艺 " 改善碳纳米管的分散性和活 化能力 "然 后在 传 统 化 学镀铜成分的基础上 "从镀液 %温度 % = 值等方面 + 进行调整 "最终得到镀覆完整的铜层 !
表 <! 化学镀铜液成分及反应条件
! , 6 #<!6 > F NI $ 5 $ L ? F ? $ 4> 4 J$ E , > F ? 4 + + A I $ 4 J ? F ? $ 4G $ ,O QI $ > F ? 4 4I > , P $ 44 > 4 $ F Q P E L A$
O N E 5 ? I > % O Q H _ / =(_ "+ ‘’ > O " =(_ "= "_ -+ ( =O=_ ’ > J J E J % > F E , ’ ? O % =(_ (+ O $ 4 I E 4 F , > F ? $ 4 & ( /A \ & " )A \ & ! (5 \ \ & (A \ & \ " )5 A
图 ?! 碳纳米管氧化后形貌
<! 实验
碳纳米管购自深圳碳纳米港公司 "直径为 0 )" / )4 5"长度为 )& /"/ ) )$ 5"纯度大于 . /Z "灰份 ( 小于 )& "如 图 ! 所 (Z "比表面 积 为 " )"0 ) )5 & A 示!
= % > ?!1 23? 5 > E L$ G$ T ? J ? W E J A 5 I > , P $ 44 > 4 $ F Q P E L 将活化处理好的碳纳米管用去离子水彻底冲洗 至+ = 为 9"然后加入配制好的镀液中 "调整 + =值 到规定的范围 "超声 振 荡 使 碳 纳 米 管 分 散 均 匀 "加 入还原剂甲醛进行镀覆反应 ! )5 ? 4"镀液成 分如表 ! 所列 !
第! " 卷第 " 期 # $ % & ! "’ $ & "
中国有色金属学报 ! " #$ " % & # ’ #( ) * + & , ) ./ ) & . # + + ) * ’0 # 1 , ’
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. . ! 年 由 日 本 人U ? ? 5 >用 高 分 辨 !! 碳纳米管 自 ! X 电镜发现以来 #因其 独 特 的 力 学 性 能 $电 磁 性 能 以 及物理化学 性 能 受 到 人 们 广 泛 的 关 注
碳纳米管的化学镀铜
袁海龙 !凤 ! 仪
!
! 合肥工业大学 材料科学与工程学院 #合肥 ( " 0 ) ) ) .
摘 ! 要 !碳纳米管因其优异的力学 $物理性能 #是一种理想的复合材料 增 强 体 #但 其 与 基 体 金 属 的 润 湿 性 较 差 %
通过化学镀在碳纳米管表面镀上一层连续的铜镀层 #以改善碳纳米管与金属 基 体 的 润 湿 性 #增 强 界 面 结 合 力 %通 过1 #使碳纳米 23 观察表明 &由于碳纳米管长径比大 #反应活性低 #表面曲率大 #直径细和镀层薄 ! / )"! ) )4 5" 管很难得到完整的镀层 %通过对镀前处理工艺 ! 氧化 $敏化 $活 化 " 的 优 化 以 增 加 活 化 点 #对 传 统 镀 液 配 方 的 调 整 使镀速尽可能低 #成功地在碳纳米管上镀覆一层铜 #为碳纳米管复合材料制备打下了良好的基础 %
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