CN104894514A - 具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品及其制备方法，多孔金属箔制品包括基体和采用离子镀方法镀在基体上的金属纳米粒子镀层，所述基体为多孔金属箔，多孔金属箔具有孔径为0.1～0.5mm的大量孔，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度小于100nm。本发明以多孔金属箔为基体，先对基体进行真空除水脱气处理，再采用离子镀膜法镀纳米金属，具有金属纳米粒子镀层的纳米粒子分布窄、镀层均匀性好、纳米金属表面活性高和无杂质等优点。多孔金属箔制品保持其基体所具有的流体阻力和流态性质等特性，同时又具有金属纳米粒子镀层所具有的各种功能和作用，大大的提高了多孔金属箔的性能和用途，扩大其使用范围。

Description

具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品及其制备方法
技术领域
本发明属于功能性金属材料领域，具体涉及一种具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品及其制备方法。
背景技术
纳米金属是利用先进的纳米技术将金属(金、银、铜、铝、锌、铂、钯、钛、镍、及合金等)纳米化，所述的金属纳米化粒子是直径约1-100nm的单独粒子或粒子聚集体。金属纳米粒子可产生各种性能(如高导电性能、高电磁屏蔽性能、高防静电性能、高杀菌抗菌性能、高效化学催化性能、光学性能、磁性能等)，这些特殊性能是用于诸如半导体、磁储存、电子产品、卫生产品制造以及这类应用中的重要材料。
目前的技术在基材表面镀纳米金属粒子时，存在一些重要的技术问题，一是纳米金属粒子数量不足和镀层附着力不强，而使材料的各种功能不够强大和持久；二是纳米金属镀层其纳米粒子分布范围难控、纳米粒子分布不均匀，使纳米级金属镀层变成为亚微米级甚至是微米级的金属镀层，而微米级金属层的表面性能与纳米级金属层表面所具有的性能(如比表面积、表面效应、体积效应和量子尺寸效应等)有巨大差别；三是基体表面洁净度的好坏，会直接影响纳米金属镀层的强弱。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品及其制备方法，镀层的纳米粒子分布窄且分布均匀，镀层附着力强，增加多孔金属箔制品的性能和用途。
为了实现上述目的，本发明提供的具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品，其特征在于，包括基体和采用离子镀方法镀在基体上的金属纳米粒子镀层，所述基体为多孔金属箔，多孔金属箔具有孔径为0.1～0.5mm的大量孔，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度小于100nm。
本发明提供的具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品的制备方法，其特征在于，基体多孔金属箔，多孔金属箔具有孔径为0.1～0.5mm的大量孔，制备方法包括以下步骤：
(1)所述基体在真空室内，真空度为10Pa至3.0×10-4Pa，加热温度为80℃～260℃，加热时间10～60分钟,进行基体真空除水脱气处理；
(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10-1Pa～3.0×10-4Pa，温度为30℃～260℃，基体运行速度1.0～30.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，产生金属离子和纳米粒子，金属离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，在基体表面进行离子镀纳米金属，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度小于100nm；
(3)将上述材料分切、计量、真空封装。
本发明的制备方法以多孔金属箔为基体，先对基体进行真空除水脱气处理，再采用离子镀膜法镀纳米金属，具有金属纳米粒子镀层的纳米粒子分布窄、镀层均匀性好、纳米金属表面活性高和无杂质等优点。多孔金属箔制品保持其基体所具有的流体阻力和流态性质等特性，同时又具有金属纳米粒子镀层所具有的各种功能和作用，大大的提高了多孔金属箔的性能和用途，扩大其使用范围。
进一步地，所述金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。纳米粒子分布范围窄、纳米粒子分布均匀，镀层附着力更强、度量更好。
具体实施方式
本发明具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品及其制备方法，基体为多孔金属箔，多孔金属箔幅宽350～1360mm，厚度0.10～0.20mm，具有孔径为0.1～0.5mm的大量孔。多孔金属箔可以是铜箔、铝箔、不锈钢箔或合金箔。
实施例1
基体为316L不锈钢多孔金属箔，幅宽350mm，厚度0.16mm，基体上的孔径0.2mm，孔密度1.5×1.5mm。
制备方法包括以下步骤：
(1)将基体放置在真空室内，真空度为1.0×10-1Pa，加热温度80～160℃，加热时间20～50分钟，进行基体真空除水脱气处理。
(2)采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.2×10-1Pa，温度为160～260℃，基体运行速度为15.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％高纯度银作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压460～880V，电流12～20A，产生银离子和纳米粒子，在基体表面实现离子镀纳米银，产生的银离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。得到的多孔金属箔制品在基体上镀有金属纳米粒子镀层，金属纳米粒子镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。通过控制等离子体电源的功率和放卷速度，可以调节镀层的厚度。
(3)按要求将上述材料分切，计量，真空封装。
实施例2
基体为316L不锈钢多孔金属箔，幅宽350mm，厚度0.16mm，基体上的孔径0.4mm，孔密度1.5X1.5mm。制备方法包括以下步骤：
(1)将基体放置在真空室内，真空度为1.0×10-1Pa，加热温度80～160℃，加热时间20～60分钟，进行基体真空除水脱气处理。
(2)采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.3×10-1Pa，温度为160～260℃，基体运行速度为10.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％无氧铜作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压320～580V，电流15～36A，产生铜离子和纳米粒子，在基体表面实现离子镀纳米铜，产生的铜离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。得到的多孔金属箔制品在基体上镀有金属纳米粒子镀层，金属纳米粒子镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。通过控制等离子体电源的功率和放卷速度，可以调节镀层的厚度。
(3)按要求将上述材料分切，计量，真空封装。
实施例3
基体和步骤(1)、(3)与实施例1相同，区别在于步骤(2)。该实施例的步骤(2)为：采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.2×10-1Pa，温度为160～260℃，基体运行速度为15.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％高纯度银作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压460～880V，电流12～20A，产生银离子和纳米粒子，在基体表面实现离子镀纳米银，产生的银离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。在基体上镀上一层纳米银镀层。
以99.99％无氧铜作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压320～580V，电流15～36A，产生铜离子和纳米粒子，在纳米银镀层表面实现离子镀纳米铜，产生的铜离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。在纳米银镀层上再镀上了一层纳米铜镀层。
得到的多孔金属箔制品的金属纳米粒子镀层包括复合的纳米银镀层和纳米铜镀层。镀层复合是指在一个镀层上再镀上一个或多个镀层，每个镀层的纳米金属是同种金属，不同镀层间可以是同种或异种纳米金属。
实施例4
基体和步骤(1)、(3)与实施例1相同，区别在于步骤(2)。该实施例的步骤(2)为：采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.2×10-2Pa，温度为160～260℃，基体运行速度为15.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％高纯度银作为靶材，磁控电压460～880V，电流12～20A，产生银离子和纳米粒子，在基体上部表面实现离子镀纳米银，产生的银离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。以99.99％无氧铜作为靶材，磁控电压320～580V，电流15～36A，产生铜离子和纳米粒子，在基体下部表面实现离子镀纳米铜，产生的铜离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。基体上镀上了上部为纳米银下部为纳米铜的第一镀层。
以99.99％无氧铜作为靶材，磁控电压320～580V，电流15～36A，产生铜离子和纳米粒子，在已镀好的第一镀层上部表面实现离子镀纳米铜，产生的铜离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。以99.99％高纯度银作为靶材，磁控电压460～880V，电流12～20A，产生银离子和纳米粒子，在已镀好的第一镀层下部表面实现离子镀纳米银，产生的银离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。在已镀好的第一镀层上镀上了第二镀层，第二镀层的上部为纳米铜下部为纳米银。
得到的多孔金属箔制品的金属纳米粒子镀层包括叠加的两个镀层：第一镀层和第二镀层。镀层叠加是指在一个镀层上再镀上一个或多个镀层，每个镀层包括纳米金属种类不同的部分。
本发明可根据材料功能的具体要求设计纳米金属镀层，通过纳米金属镀层的叠加、复合和掺杂等形式得到各种功能性材料，如高导电性能、高电磁屏蔽性能、高防静电性能、高杀菌抗菌性能、高效化学催化性能、光学性能、磁性能等。
本发明在步骤(1)中，真空度可以在10Pa至3.0×10-4Pa范围内选择，加热温度可以在80℃至260℃范围内选择，加热时间控制在10至60分钟。步骤(1)能有效除去基体上的水分、气泡和杂质，为后续的镀膜做好准备，可以使镀层附着力强，不易脱落。在步骤(2)中，保护气体可以是氩气或氮气，真空度为1.0×10-1Pa至3.0×10-4Pa，温度为30℃至260℃，基体运行速度1.0至30.0m/min。金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度小于100nm，相应地，得到的制品的金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度小于100nm。金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度在1～50nm为优选，纳米粒子分布范围窄、纳米粒子分布均匀，镀层附着力更强、度量更好。
金属纳米粒子镀层的金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属及其混合物与合金、以及这些金属的混合物与合金，前述列出的金属为或的关系。最优先的是贵金属，其他的金属对本领域技术人员来说是显而易见的。
本发明具有纳米金属镀层的纳米粒子分布窄、纳米金属镀层均匀性好、纳米金属表面活性高和无杂质等优点，可连续化生产，成品率高、质量好、无污染且性能优异稳定。得到的多孔金属箔制品保持其基体所具有的流体阻力和流态性质等特性，同时又具有金属纳米粒子镀层所具有的各种功能和作用，大大的提高了多孔金属箔的性能和用途，扩大其使用范围。多孔金属箔制品可广泛用于需要高导电性能、高电磁屏蔽性能、高防静电性能、高杀菌抗菌性能、高效化学催化性能、光学性能、磁性能等功能产品中。

Claims (10)

1.具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品，其特征在于，包括基体和采用离子镀方法镀在基体上的金属纳米粒子镀层，所述基体为多孔金属箔，多孔金属箔具有孔径为0.1～0.5mm的大量孔，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度小于100nm。
2.根据权利要求1所述的具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品，其特征在于，所述金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。
3.根据权利要求2所述的具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品，其特征在于，所述金属纳米粒子镀层的金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属及其混合物与合金、以及这些金属的混合物与合金。
4.根据权利要求3所述的具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品，其特征在于，所述多孔金属箔为铜箔、铝箔、不锈钢箔或合金箔。
5.根据权利要求4所述的具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品，其特征在于，所述金属纳米粒子镀层包括叠加的至少两个镀层，或包括复合的至少两个镀层。
6.权利要求1所述具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品的制备方法，其特征在于，基体多孔金属箔，多孔金属箔具有孔径为0.1～0.5mm的大量孔，制备方法包括以下步骤：
(1)所述基体在真空室内，真空度为10Pa至3.0×10-4Pa，加热温度为80℃～260℃，加热时间10～60分钟,进行基体真空除水脱气处理；
(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10-1Pa～3.0×10-4Pa，温度为30℃～260℃，基体运行速度1.0～30.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，产生金属离子和纳米粒子，金属离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，在基体表面进行离子镀纳米金属，金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度小于100nm；
(3)将上述材料分切、计量、真空封装。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米粒子镀层的金属纳米粒子的粒度为1～50nm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米粒子镀层的金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属及其混合物与合金、以及这些金属的混合物与合金。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述多孔金属箔为铜箔、铝箔、不锈钢箔或合金箔。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，在步骤(2)的保护气体、真空度、温度和基体运行速度条件下，在基体上镀上叠加的至少两个镀层，或镀上复合的至少两个镀层。
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