CN100564595C - 多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法 - Google Patents
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Abstract
一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：a.首先在镀镍锌之前对碳纳米管进行预处理，通过纯化、氧化处理获得较纯净纳米碳管，再通过活化、敏化处理在纳米碳管表面形成催化金属核；b.将预处理后的纳米碳管加入镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，Ni-Zn-P在纳米碳管表面的催化金属核上沉积并长大，继而形成连续结合镀层，镍的自催化活性使沉积持续进行，从而得到较厚的镀层。将经过以上处理的纳米碳管用作金属基复合材料增强体时，可以和金属基体紧密结合，充分发挥其优良特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法。经化学镀镍锌的纳米碳管可与镁、铝等有色金属基体高强度结合，成为制备高力学性能、轻质量的复合材料的理想增强体，在化工、机械、汽车等工业和航空航天技术方面具有广阔的应用前景。
背景技术
纳米碳管与金属直接复合形成的界面脆弱，得不到理想的力学性能。若在纳米碳管表面镀覆金属，使其成为纳米碳管与基体结合的介质，则可解决碳纳米管与金属基体之间的高强度结合问题。
目前，有关在纳米碳管表面镀镍研究报道较多，取得了一定的成果。但表面镀镍纳米碳管加入到金属基体材料中不可避免地要带入镍，尤其是在纳米碳管加入量较多或加入到镁、铝等有色金属中时，由于镍在镁、铝等有色金属是杂质，必然会影响复合材料的综合性能，因此，寻找替代镍的镀层是非常必要的。几乎所有的有色合金都可将锌作为合金元素，表面镀锌的纳米碳管必将具有更广阔的应用前景。但锌的化学电位较高，很难发生氧化还原反应，在纳米碳管表面镀锌较难，目前未发现有关在纳米碳管表面镀镍锌的研究报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，原始纳米碳管表面附有碳多面体纳米颗粒、碳洋葱，以及无定形炭等杂质，使其凹凸不平。又因为纳米碳管表面曲率大，不易起镀，镀层不均匀，附着性差；并且纳米碳管直径较细，分散困难，其石墨化结构也使其反应活性极低，很难获得连续性致密性好的镀层。
本发明的目的是：提供一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，可以得到连续致密镀层，在用作金属基复合材料增强体时，可以和金属基体紧密结合，充分发挥其优良特性。且该法操作方便，工艺简单，还具有优良的均镀和深镀能力。因此很适合纳米碳管的表面镀覆处理。
本发明所采用的技术方案是：一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：a.首先在镀镍锌之前对碳纳米管进行预处理，通过纯化、氧化处理获得较纯净纳米碳管，再通过活化、敏化处理在纳米碳管表面形成催化金属核；b.将预处理后的纳米碳管加入镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，Ni-Zn-P在纳米碳管表面的催化金属核上沉积并长大，继而形成连续结合镀层，镍的自催化活性使沉积持续进行，从而得到较厚的镀层；
具体步骤如下：
首先对纳米碳管进行纯化处理，将纳米碳管投入浓度为1-3mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热0.2-2小时，冷却至室温；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；
将经纯化处理的5-15克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上5-0分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置20-30小时；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；
对经氧化处理的纳米碳管进行敏化活化处理：在室温下，将0.2-2克经氧化后的纳米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液(0.05-0.5克FdCl2+17.2mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散，反应结束后用去离子水清洗至中性；
将预处理后的纳米碳管加入如下配方的镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，镀镍锌组分和条件
如上所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：每100mL镀液中加入0.005-0.05克纳米碳管，反应过程用超声波振荡器充分分散。
如上所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：镀覆时最佳装载量为100毫升镀液中加入0.01-0.03克纳米碳管。此时镀液分散较好，且施镀过程中镀液没有出现粘稠现象。
如上所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：对镀后纳米碳管进行退火处理，以获得更为连续和致密的化学镀层；退火条件是：温度600℃，压力14.7KPa，在真空炉中进行，保温时间为1小时，降温时间为2小时。
采用本方法可以得到连续致密镀层，在用作金属基复合材料增强体时，可以和金属基体紧密结合，充分发挥其优良特性。且该法操作方便，工艺简单，还具有优良的均镀和深镀能力。因此很适合纳米碳管的表面镀覆处理。
具体实施方式
多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的工艺步骤如下：
1.纯化处理：采用碱液去除纳米碳管表面脂肪质物质。将纳米碳管投入浓度为1-3mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热0.2-2小时，冷却至室温；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；
较好的取值为：将纳米碳管投入浓度为2mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热1小时，冷却至室温。
2.将经纯化处理的5-15克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上5-60分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置20-30小时；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；
较好的取值为：将10克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上15分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置24小时。
3.敏化活化处理：对经氧化处理的纳米碳管进行敏化活化处理：在室温下，将0.2-2克经氧化后的纳米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液(0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散，反应结束后用去离子水清洗至中性。
较好的取值为：将1克经氧化的纳米碳管加入400ml敏化液(4克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液(0.19克PdCl2+17.2ml HCl)中。
4.将预处理后的纳米碳管加入下表1配方的镀液中，装载量为每100mL镀液中加入0.005-0.05克纳米碳管，反应过程用超声波振荡器充分分散。
镀覆时最佳装载量为100毫升镀液中加入0.01-0.03克纳米碳管。此时镀液分散较好，且施镀过程中镀液没有出现粘稠现象。
表1镀镍锌组分和条件
5.对镀后纳米碳管进行退火处理，以获得更为连续、致密的化学镀层。退火条件是：温度600℃，压力14.7KPa，在真空炉中进行，保温时间为1小时，降温时间为2小时。
利用透射电镜观察对比镀前后及热处理前后镀层形貌，可以看到镀后纳米碳管外表面复合镀层包覆率高，包覆完整。说明该法镀镍锌有较强的均镀能力。热处理后镀层连续、致密、光滑。用电子能谱分析测试镀层的组成，可知镀层表面有镍及锌元素存在。通过电子束在纳米碳管镀层表面纵向扫描，从镍元素能级跳跃可观测到在镀层表面有大量的镍存在，从钴元素能级跳跃也可观测到镀层表面有锌存在。由此可推断，镀后碳纳米管外表面被镍锌合金紧密均匀包覆，热处理可使镀层连续、致密、光滑。
Claims (5)
1、一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：a.首先在镀镍锌之前对碳纳米管进行预处理，通过纯化、氧化处理获得较纯净纳米碳管，再通过活化、敏化处理在纳米碳管表面形成催化金属核；b.将预处理后的纳米碳管加入镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，Ni-Zn-P在纳米碳管表面的催化金属核上沉积并长大，继而形成连续结合镀层，镍的自催化活性使沉积持续进行，从而得到较厚的镀层；
具体步骤如下：
首先对纳米碳管进行纯化处理，将纳米碳管投入浓度为1-3mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热0.2-2小时，冷却至室温；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；
将经纯化处理的5-15克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上5-60分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置20-30小时；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；
对经氧化处理的纳米碳管进行敏化活化处理：在室温下，将0.2-2克经氧化后的纳米碳管加入400ml敏化液中，敏化液由2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl配制得到，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液中，活化液由0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl配制得到，利用超声波振荡器充分分散，反应结束后用去离子水清洗至中性；
将预处理后的纳米碳管加入如下配方的镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散；
镀镍锌组分和条件：
配方 成分含量g/L
NiSO4·7H2O 30-50
NaH2PO2·H2O 60-80
柠檬酸钠 150-170
(NH4)2SO4 70-90
ZnSO4 90-110
pH值8.8～9.2，温度30～40℃。
2、如权利要求1所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：每100mL镀液中加入0.005-0.05克纳米碳管，反应过程用超声波振荡器充分分散。
3、如权利要求2所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：镀覆时装载量为100毫升镀液中加入0.01-0.03克纳米碳管。
4、如权利要求1或2或3所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：对镀后纳米碳管进行退火处理，以获得更为连续和致密的化学镀层，退火条件是：温度600℃，压力14.7KPa，在真空炉中进行，保温时间为1小时，降温时间为2小时。
5、如权利要求1所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于：将经纯化处理的5-15克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上15分钟。
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