CN110724975A - 一种连续电化学沉积制备金属颗粒的装置 - Google Patents

Abstract

一种连续电化学沉积制备金属颗粒的装置，装置主要包括：电沉积槽(阳极、电解液、阴极)，清洁槽，收集槽(收集部件)等。本装置的优点在于：整个电沉积收集过程在一个装置完成，阴极设计为往复旋转的条带状，并与收集装置有机结合，模块化设计使得两个过程不会互相干扰；金属颗粒收集采用机械剥离法，避免了传统化学合成法的大量表面活性试剂；整个合成过程电解液可以重复利用，不需要大量有机添加剂，环境效益优秀；装置普适性好，适用于多种金属。

Description

一种连续电化学沉积制备金属颗粒的装置

技术领域

本发明涉及金属颗粒合成领域，具体的，本发明涉及低接触力的金属颗粒以及通过连续电化学沉积调控其粒径从而制备相应金属颗粒的装置。

背景技术

金属颗粒材料是金属材料的重要组成部分，近年来随着金属颗粒各种新颖性能的发现，金属颗粒领域获得了蓬勃的发展，成为制备各种新型功能材料的关键基础材料。

发展金属颗粒的制备方法是金属学科发展的基础。传统制备金属颗粒的主要有两种途径：一种是化学法，包括液相还原法、高温热解法等。液相还原法包括水热，溶剂热等方法，液相还原法可以很好的控制颗粒的形貌以及生长过程，但是液相合成反应产量很低，合成过程当中需要添加大量表面活性剂，容易污染合成的颗粒表面，以及后续产生大量废水。高温热解法以及电弧蒸发冷凝法也是合成金属颗粒的常见办法，但是该方法耗能高，合成出来的金属颗粒往往粒径分布很宽，多适用于微米级颗粒。

另一种常用的途径是物理法，常用的物理破碎法和蒸发冷凝法，例如球磨、机械粉碎、超声粉碎，将块状的金属原材细分、粉碎从而制备颗粒，但是往往颗粒大小较大并且分布不均匀，获得的材料缺陷较多。

整体而言，化学法制备金属颗粒能耗低、过程简单，产物形貌单一性较好；物理法制备得到金属颗粒表面清洁、杂质较少，但是成本高，生产效率低。

金属电沉积是指利用电化学原理，在直流电场或脉冲电场的作用下，在合适的电解液中由阳极和阴极共同构成电沉积回路，从而将溶液中的金属离子沉积至阴极表面。

传统的金属电沉积往往用于制备薄膜材料，用于装饰、耐磨、防腐蚀等防护应用，或者制备新的功能性镀层，例如电性能镀层、半导体性能镀层等。通过控制电沉积过程的形核生长过程，可以利用电沉积制备颗粒。但是目前已经公开的有限报道合成的电镀颗粒材料十分有限，大部分也仅仅局限于少量材料的合成或者基板表面的修饰。

CN201710098703.6公开了一种电沉积制备金属粉末的方法及装置，采用石墨毡或碳毡为阳极材料对电解液进行电解，可通过调整工作电流来调整阴极沉积的金属粉末的形态和大小。该方法由于采用了石墨毡或碳毡作为阳极，其极大的比表面积可使阳极在极小的电流密度下，获得大的工作电流，表现出与传统平面电极不同的特性，能克服传统致密阳极材料的“气幕”和电蚀现象；阴极电流密度的变大使阴极产品由致密向疏松变化，形状由块、片向粒、粉转变，形态由大向小变化，可得到粉末化的金属。可见，该方法需要使用特殊的阳极材料，并且需要较大的阴极电流密度。该方法虽然可以实现电沉积制备金属粉末的连续生产，但是生产成本高，工业化前景较难。

CN201720061248.8公开了一种电解银粉制备装置，包括电沉积槽，还包括链盘、链条和刮板，以及用以驱动链盘转动的传动电机，电沉积槽具有沉积电解银粉的一沉粉底面，以及连接沉粉底面和出粉口的倾斜渐高的一出粉斜面，链条沿沉粉底面和出粉斜面连续布置至出粉口附近，并由沿链条布置的若干个链盘带动形成沿沉粉底面至出粉口附近来回运转的一回转输送链，链条上沿长度方向分布有若干刮板，且各刮板在链条上运转至回转输送链的下输送面时紧贴沉粉底面或出粉斜面。该装置能够实现快速的出粉，但是其实质是对电解工艺后的调整，并未涉及电解过程的控制。

因此，如何设计合理的电解或电沉积装置，以实现金属颗粒的连续生产，同时又能有效调控其颗粒粒径尺寸，快速收集所得到的金属颗粒，一直是金属颗粒制备领域的研究难点。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的首先是提供一种连续电沉积制备金属颗粒的装置，该装置通过调控阴极的移动速度，将金属颗粒沉积在阴极上，金属颗粒与阴极的接触力非常小，金属颗粒与阴极容易分离，同时金属颗粒尺寸能够有效进行调控。

一种通过控制阴极速度连续电沉积制备金属颗粒的装置，所制备的金属颗粒与阴极之间的接触力小于25nN，或者剪切强度小于1MPa，所述装置包括：

(a)电源、电沉积槽、清洗槽、收集槽，其中电沉积槽、清洗槽、收集槽顺次连接，电源调节电化学沉积参数，进行恒流或者恒压模式电沉积，恒流模式过程中电流密度范围为0～10mA/cm²，恒压模式过程中电压范围为0～10V；

(b)电沉积槽内相对设置的阳极、阴极；

(c)阴极为导电性带状材料，表面经抛光处理，连续、顺次通过电沉积槽、清洗槽、收集槽；

(d)清洗槽具有清洗液的进液口和出液口；

(e)收集槽内具有毛刷，毛刷的直径为5-10cm，刷毛长度约为1～2cm。

优选地，阴极为连续、循环的导电性带状材料，连续、顺次通过电沉积槽、清洗槽、收集槽，由收集槽循环至电沉积槽。

优选地，所述阴极为不锈钢带、钛带、铜带，由电沉积槽、清洗槽、收集槽内的滚轴带动阴极实现连续、循环运动。

优选地，所述阴极的宽度为1～15cm。

优选地，所述阴极的宽度为2～10cm。

优选地，所述滚轴包括动力滚轴和从动滚轴。

优选地，所述电沉积槽、清洗槽、收集槽内设置滚轴支架。

优选地，所述电沉积槽、清洗槽、收集槽内均设置气刀，所述气刀分别对电沉积后的阴极、清洗后的阴极、刮除电沉积的金属颗粒后的阴极进行吹气处理。

优选地，所述毛刷为电动毛刷。

优选地，根据对电沉积金属颗粒的需求，本发明的技术方案能够省略清洗槽。也就是阴极在电沉积槽电沉积金属颗粒后直接进入收集槽，将金属颗粒从阴极分离。同时，本发明的电沉积槽、清洗槽、收集槽的空间布置方式既可以采用同一平面布置，也可以采用上下不同平面布置，并无需特别限制。

根据本发明的装置，能够实现对金属颗粒的连续制备，即通过控制阴极基板速度连续电沉积制备金属颗粒的方法，所制备的金属颗粒与阴极基板之间的接触力小于25nN，或者剪切强度小于1MPa，所述制备方法包括：

(1)配制电解液；

(2)选择能够连续移动的阴极基板，基板表面经抛光处理；

(3)调节电化学沉积参数，进行恒流或者恒压模式电沉积，恒流模式过程中电流密度范围为0～10mA/cm²，恒压模式过程中电压范围为0～10V；

(4)阴极基板连续、顺次经过电沉积区、清洁区、剥离区；

(5)电沉积区内，阴极基板在电解液中连续移动，移动速度为0.03cm/s至30cm/s，金属颗粒在阴极基板上沉积，金属颗粒的平均粒径为10nm～500nm；

(6)清洁区内，对阴极基板表面沉积的金属颗粒进行清洁处理；

(7)剥离区内，使用物理摩擦办法将阴极基板表面沉积的金属颗粒剥离、收集。

优选地，所制备的金属颗粒与阴极之间的接触力为2-23nN，优选5-15nN，或者剪切强度为0.1-0.7MPa，优选0.2-0.5MPa。

优选地，所述阴极的移动速度为0.5-30cm/s，金属颗粒的平均粒径为20-400nm。

优选地，所述阴极的移动速度为1-20cm/s，金属颗粒的平均粒径为25-280nm。

优选地，所述阴极的移动速度为1.5-10cm/s，金属颗粒的平均粒径为60-270nm。

优选地，所述阴极的移动速度为2cm/s，金属颗粒的平均粒径为126nm。

优选地，阴极上颗粒沉积部位，颗粒密度为0.8×10⁸/cm²-9×10⁸/cm²，优选地，颗粒密度为1.0×10⁸/cm²-4×10⁸/cm²。

优选地，阴极的颗粒沉积部位在电解液中的停留时间为0.5-490s。

优选地，阴极的颗粒沉积部位在电解液中的停留时间为1-300s。

优选地，阴极的颗粒沉积部位在电解液中的停留时间为5-50s。

优选地，所述阴极浸入电解液的部分沿移动方向长度大于5cm。

优选地，所述阴极浸入电解液的部分沿移动方向长度为10-50cm。

优选地，所述恒流模式过程中电流密度范围为0.2～3mA/cm²，所述恒压模式过程中电压范围为0.3～3V。

优选地，所述恒流模式过程中电流密度范围为0.5～1mA/cm²，所述恒压模式过程中电压范围为1～2.5V。

优选地，所述金属颗粒包括银颗粒，镍颗粒，铜颗粒，金颗粒，铜镍合金颗粒。

优选地，电沉积槽的电解液为下述电解液之一：(1)银电解液，1～15g/L AgNO₃，5～75g/L Na₂S₂O₃·5H₂O，1～15g/L K₂SO₃和2～15g/L H₃BO₃的混合溶液；(2)镍电解液，10～50g/L NiSO₄·6H₂O，1.5～7g/L NiCl₂·6H₂O，和5～20g/L H₃BO₃的混合溶液；(3)铜电解液，1～10g/L CuSO₄·5H₂O溶液，利用H₂SO₄将pH值调节至1；(4)金电解液，10～30g/L柠檬酸铵，2.5～10g/L氯金酸和10～15g/L Na₂SO₃的混合溶液；(5)钴镍合金电解液，5～10g/LNiSO₄·6H₂O，5～10g/L CoSO₄·7H₂O，2.5～10g/L H₃BO₃和0～1g/L KCl的混合溶液。

优选地，电沉积槽的电解液为下述电解液之一：(1)银电解液，2～8g/L AgNO₃，15～35g/L Na₂S₂O₃·5H₂O，3～10g/L K₂SO₃和2～10g/L H₃BO₃的混合溶液；(2)镍电解液，20～30g/L NiSO₄·6H₂O，2.5～4g/L NiCl₂·6H₂O，和8～15g/L H₃BO₃的混合溶液；(3)铜电解液，2～8g/L CuSO₄·5H₂O溶液，利用H₂SO₄将pH值调节至1；(4)金电解液，15～25g/L柠檬酸铵，4～7g/L氯金酸和12～14g/L Na₂SO₃的混合溶液；(5)钴镍合金电解液，6～8g/L NiSO₄·6H₂O，5.5～7g/L CoSO₄·7H₂O，4～6g/L H₃BO₃和0.3～0.7g/L KCl的混合溶液。

优选地，电沉积槽的电解液为下述电解液之一：(1)银电解液，5g/L AgNO₃，25g/LNa₂S₂O₃·5H₂O，5g/L K₂SO₃和5g/L H₃BO₃的混合溶液；(2)镍电解液，25g/L NiSO₄·6H₂O，3.75g/L NiCl₂·6H₂O，和10g/L H₃BO₃的混合溶液；(3)铜电解液，5g/L CuSO₄·5H₂O溶液，利用H₂SO₄将pH值调节至1；(4)金电解液，20g/L柠檬酸铵，5g/L氯金酸和13.7g/L Na₂SO₃的混合溶液；(5)钴镍合金电解液，6.75g/L NiSO₄·6H₂O，6.25g/L CoSO₄·7H₂O，5g/L H₃BO₃和0.5g/L KCl的混合溶液。

优选地，阴极连续、顺次经过电沉积槽、清洁槽、收集槽后直接返回电沉积槽，阴极形成连续、循环移动。

优选地，收集槽内物理摩擦方法为使用刷子摩擦，通过无纺布收集金属颗粒。以银颗粒为粒子，银颗粒的颗粒密度(面密度)最大值约为4×10⁸/cm²，刷子与阴极(如不锈钢带)的接触面积小于6cm²，所以同时刷所有颗粒所需要的力小于10N，远远小于一般刷子能够提供的刷力。因此，由于本发明电沉积得到的金属颗粒与阴极之间的接触力小，本发明通过使用刷子类似的物理摩擦就能够将电沉积的金属颗粒与阴极分离，分离效果远远优于现有的其他方式。

优选地，清洁槽内，通过水洗除去阴极表面的残留的电解质，同时如果需要，可以对阴极表面沉积的金属颗粒进行功能性修饰。也就是说本发明并不限制在对阴极清洁的同时对阴极表面沉积的金属颗粒进行所需的另外的处理、修饰。

根据本发明的技术方案，电沉积过程中在对阴极施加负压时，电解液中的金属离子会在阴极表面还原成单质金属。本发明中的阴极相对于阳极能够进行移动，在可移动阴极表面电沉积得到的金属颗粒分布均匀。通过控制阴极的移动速度，调节阴极在电解液中的停留时间，控制电沉积的金属颗粒的粒径尺寸、颗粒与阴极的接触力大小，实现了连续制备易于分离的粒径可控的金属颗粒。

金属颗粒的沉积和生长过程可以通过电化学聚集生长机理来理解。首先，在施加的电势的影响下，小的单晶初级纳米团簇通过直接附着、随机分布在阴极上生长。随后，小的纳米团簇在基板上扩散、聚集并通过重结晶进一步生长。

同时，在本发明的技术方案中，根据本发明的发明人的认知，阴极连续移动的同时调控电沉积参数使得电极基板表面产生一定的副反应，比如析氢反应，阴极的移动某种程度上缩短了金属离子电沉积过程中的移动距离，实现了快速扩散、聚集，促使电沉积的金属与表面接触面积减小以削弱其与基板的结合力。

根据本发明的技术方案，阴极上单个金属颗粒与阴极附着力(即接触力)小于25nN。通过简单的物理摩擦可以收集基板上电沉积的所有金属颗粒，使得阴极恢复洁净，能够重新使用进行电沉积，实现了连续、循环进行电沉积金属颗粒。

根据本发明制备出来的金属颗粒分散均匀，可以制备成高导电的浆料，应用于印刷电子等领域，所制备的印刷电路柔性优异。

同时，根据对金属颗粒性能的需求，可以对其进行表面修饰。这种表面修饰可以在金属颗粒清洁槽进行，也可以在清洁槽后进行，还可以在分离得到金属颗粒后进行，并无特别的限制。

本发明所取得的有益效果：

1、本发明通过控制阴极的移动，实现了对电沉积金属颗粒与阴极之间接触力(即附着力)的控制，电沉积金属颗粒与阴极之间的接触力非常小，能够通过简单的物理摩擦将电沉积金属颗粒从阴极剥离。这种剥离方式效果优于现有的超声波脱粉等方式，所需能耗低，同时避免对于阴极再利用的影响，实现阴极的连续、循环利用。

2、本发明实现了电沉积制备金属颗粒的连续生产，通过阴极的连续、循环运动，实现了连续的电沉积，连续的颗粒收集，能够大规模应用，易于工业化生产。

3、本发明实现了电沉积过程中对金属颗粒粒径的有效控制。通过对阴极的移动速度和电沉积参数的选择，能够合理调控金属颗粒的沉积速度和沉积时间，所得金属颗粒粒径在10nm～500nm范围内有效调控，颗粒粒径分布均匀。

4、本发明适用于制备多种金属颗粒以及合金颗粒，应用范围广。

本发明的装置的优点在于：整个电沉积收集过程在一个装置完成，阴极设计为往复旋转的条带状，并与收集装置有机结合，模块化设计使得两个过程不会互相干扰；金属颗粒收集采用机械剥离法，避免了传统化学合成法的大量表面活性试剂；整个合成过程电解液可以重复利用，不需要大量有机添加剂，环境效益优秀；装置普适性好，适用于多种金属。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

1、阳极引线，2、电源，3、电沉积槽排水口，4、阳极，5、电沉积槽，6、清洗槽出液口，7、清洗槽，8、收集槽，9、槽内滚轴支架，10、电动毛刷，11、收集口，12、滚轴支架，13、从动滚轴，14、气刀，15、罩盖，16、阴极，17、动力滚轴

图1是本发明的连续电化学沉积金属颗粒装置。

图2是本发明的连续电化学沉积金属颗粒装置的布局示意图。

其中，电沉积槽、清洗槽、收集槽的空间布局能够根据实际需求进行调整，也能够省略清洗槽，从而仅使用电沉积槽、收集槽。

图3是实施例2电沉积银颗粒的形貌。

图4是实施例3电沉积银颗粒的形貌(v＝2cm/s、1cm/s、0.1cm/s)。

图5是(a)实施例2的银颗粒的粒径与基板移动速度关系图；(b)实施例2的银颗粒的XRD图谱。

图6是实施例2的电沉积银纳米颗粒的侧向力测试曲线。左图是侧向力与移动距离关系示意图。右图是不同粒径的单个具体的银纳米颗粒的侧向力与移动距离的关系图(图中的颗粒粒径d是测试颗粒的粒径，并非实施例1所得产品的平均粒径)。该侧向力等同于接触力。

图7是实施例4-7电沉积的金属颗粒形貌和XRD，(a)镍颗粒；(b)铜颗粒；(c)金颗粒；(d)钴镍合金颗粒。

具体实施方式

本发明中的金属颗粒与基板的接触力通过原子力显微镜测试，将显微镜的探针与每个纳米颗粒接触，直接去拨动单个纳米颗粒测试每个颗粒的接触力，接触力变化如图6所示。

剪切强度的计算公式如下：

其中F_A为测试获得的数值，F_f为空载时的摩擦力，A_particle为颗粒与基板的接触面积。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。这些实施例仅用于说明本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外需理解，在阅读了本发明公开的内容后，相关领域技术人员可以对本发明做各种修改，这些等价形式同样在本发明所附权利要求书限定的范围内。

实施例1

一种通过控制阴极速度连续电沉积制备金属颗粒的装置，所制备的金属颗粒与阴极之间的接触力小于25nN，或者剪切强度小于1MPa，如图1所示，所述装置包括：

(a)电源(2)、电沉积槽(5)、清洗槽(7)、收集槽(8)，其中电沉积槽(5)、清洗槽(7)、收集槽(8)顺次连接，电源(2)调节电化学沉积参数，进行恒流或者恒压模式电沉积，恒流模式过程中电流密度范围为0～10mA/cm²，恒压模式过程中电压范围为0～10V；

(b)电沉积槽(5)内相对设置的阳极(4)、阴极(16)；阳极(4)通过阳极引线(1)、阴极(16)通过阴极引线与电源(2)相连；

(c)阴极(16)为导电性带状材料，表面经抛光处理，连续、顺次通过电沉积槽(5)、清洗槽(7)、收集槽(8)；

所述阴极(16)为不锈钢带、钛带或铜带，由电沉积槽(5)、清洗槽(7)、收集槽(8)内的滚轴带动阴极(16)实现连续、循环运动；

滚轴包括动力滚轴(17)和从动滚轴(13)；电沉积槽(5)、清洗槽(7)、收集槽(8)内设置相应的滚轴支架(9)；

电沉积槽(5)、清洗槽(7)、收集槽(8)内均设置气刀(14)，所述气刀(14)分别对电沉积后的阴极(16)、清洗后的阴极(16)、刮除电沉积的金属颗粒后的阴极(16)进行吹气处理；

(d)清洗槽(8)具有清洗液的进液口(未示出)和出液口(6)；

(e)收集槽内具有电动毛刷(10)，电动毛刷的直径为5-10cm，刷毛长度约为1～2cm。

实施例2

以实施例1的装置采用恒压模式电沉积制备银颗粒

(1)配制电解液，配制5g/L AgNO₃，25g/L Na₂S₂O₃·5H₂O，5g/L K₂SO₃和5g/L H₃BO₃的混合溶液；

(2)选择能够连续移动的阴极，阴极采用不锈钢带，阴极不锈钢带的表面经抛光处理；

(3)调节电化学沉积参数，进行恒压模式电沉积，采用的电化学工作站为CHENHUA760，恒压模式过程中电压范围为0.4V；

(4)阴极不锈钢带连续、顺次经过电沉积槽、清洁槽、收集槽后直接返回电沉积槽，阴极形成连续、循环移动；

(5)电沉积槽内，阴极不锈钢带在电解液中连续移动，阴极不锈钢带浸入电解液的部分沿移动方向长度为10cm，平均移动速度为0.02cm/s、0.2cm/s、0.5cm/s、1cm/s、2cm/s、10cm/s，金属银颗粒在阴极不锈钢带上沉积；

(6)清洁槽内，使用清洁液对阴极不锈钢带表面沉积的金属银颗粒进行清洁处理，清洁液为去离子水；

(7)收集槽内，使用物理摩擦办法刷子摩擦的方式将阴极不锈钢带表面沉积的金属银颗粒剥离、收集。

接触力采用扫描探针显微镜AFM测试。

表1实施例2制备得到的银颗粒性能参数表

实施例3

以实施例1的装置采用恒流模式电沉积制备银颗粒

(1)配制电解液，配制5g/L AgNO₃，25g/L Na₂S₂O₃·5H₂O，5g/L K₂SO₃和5g/L H₃BO₃的混合溶液；

(2)选择能够连续移动的阴极，阴极采用不锈钢带，阴极不锈钢带表面经抛光处理；

(3)调节电化学沉积参数，进行恒流模式电沉积，恒流模式过程中电流密度范围为1mA/cm²；

(4)阴极不锈钢带连续、顺次经过电沉积槽、清洁槽、收集槽；

(5)电沉积槽内，阴极不锈钢带在电解液中连续移动，阴极不锈钢带浸入电解液的部分沿移动方向长度为10cm，平均移动速度为0.1cm/s、1cm/s、2cm/s，金属颗粒在阴极不锈钢带上沉积；

(6)清洁槽内，使用清洁液对阴极不锈钢带表面沉积的金属银颗粒进行清洁处理，清洁液为去离子水；

(7)收集槽内，使用物理摩擦办法如刷子将阴极表面沉积的金属银颗粒剥离、收集。

所得金属银颗粒的形貌如图4所示。

实施例4

以实施例1的装置采用恒压模式电沉积制备镍颗粒

(1)配制电解液，配制25g/L NiSO₄·6H₂O，3.75g/L NiCl₂·6H₂O，和10g/L H₃BO₃的混合溶液；

(2)选择能够连续移动的阴极，阴极采用不锈钢带，阴极不锈钢带表面经抛光处理；

(3)调节电化学沉积参数，进行恒压模式电沉积，恒压模式过程中电压为1.5V；

(4)阴极不锈钢带连续、顺次经过电沉积槽、清洁槽、收集槽后直接返回电沉积槽，阴极形成连续、循环移动；

(5)电沉积槽内，阴极不锈钢带在电解液中连续移动，阴极不锈钢带浸入电解液的部分沿移动方向长度为10cm，平均移动速度为2cm/s，金属镍颗粒在阴极不锈钢带上沉积；

(6)清洁槽内，使用清洁液对阴极不锈钢带表面沉积的金属镍颗粒进行清洁处理，清洁液为去离子水；

(7)收集槽内，使用物理摩擦办法如刷子将阴极表面沉积的金属镍颗粒剥离、收集。

实施例5

以实施例1的装置采用恒压模式电沉积制备铜颗粒

(1)配制电解液，配制5g/L CuSO₄·5H₂O溶液，之后利用H₂SO₄将pH值调节至1；

(2)选择能够连续移动的阴极，阴极采用不锈钢带，阴极不锈钢带表面经抛光处理；

(3)调节电化学沉积参数，进行恒压模式电沉积，恒压模式过程中电压为1.5V；

(4)阴极不锈钢带连续、顺次经过电沉积槽、清洁槽、收集槽后直接返回电沉积槽，阴极形成连续、循环移动；

(5)电沉积槽内，阴极不锈钢带在电解液中连续移动，阴极不锈钢带浸入电解液的部分沿移动方向长度为10cm，平均移动速度为2cm/s，金属铜颗粒在阴极不锈钢带上沉积；

(6)清洁槽内，使用清洁液对阴极不锈钢带表面沉积的金属铜颗粒进行清洁处理，清洁液为无水乙醇；

(7)收集槽内，使用物理摩擦办法如刷子将阴极不锈钢带表面沉积的金属铜颗粒剥离、收集。

实施例6

以实施例1的装置采用恒压模式电沉积制备金颗粒

(1)配制电解液，配制20g/L柠檬酸铵，5g/L氯金酸和13.7g/L Na₂SO₃的混合溶液；

(2)选择能够连续移动的阴极，阴极采用不锈钢带，阴极不锈钢带表面经抛光处理；

(3)调节电化学沉积参数，进行恒压模式电沉积，恒压模式过程中电压为2.5V；

(4)阴极不锈钢带连续、顺次经过电沉积槽、清洁槽、收集槽后直接返回电沉积槽，阴极形成连续、循环移动；

(5)电沉积槽内，阴极不锈钢带在电解液中连续移动，阴极不锈钢带浸入电解液的部分沿移动方向长度为10cm，平均移动速度为2cm/s，金属金颗粒在阴极不锈钢带上沉积；

(6)清洁槽内，使用清洁液对阴极不锈钢带表面沉积的金属金颗粒进行清洁处理，清洁液为去离子水；

(7)收集槽内，使用物理摩擦办法如刷子将阴极不锈钢带表面沉积的金属金颗粒剥离、收集。

实施例7

以实施例1的装置采用恒压模式电沉积制备钴镍颗粒

(1)配制电解液，配制6.75g/L NiSO₄·6H₂O，6.25g/L CoSO₄·7H₂O，5g/L H₃BO₃和0.5g/L KCl的混合溶液；

(2)选择能够连续移动的阴极，阴极采用不锈钢带，阴极不锈钢带表面经抛光处理；

(3)调节电化学沉积参数，进行恒压模式电沉积，恒压模式过程中电压为1.5V；

(4)阴极不锈钢带连续、顺次经过电沉积槽、清洁槽、收集槽后直接返回电沉积槽，阴极形成连续、循环移动；

(5)电沉积槽内，阴极不锈钢带在电解液中连续移动，阴极不锈钢带浸入电解液的部分沿移动方向长度为10cm，平均移动速度为2cm/s，金属钴镍颗粒在阴极不锈钢带上沉积；

(6)清洁槽内，使用清洁液对阴极不锈钢带表面沉积的金属钴镍颗粒进行清洁处理，清洁液为去离子水；

(7)收集槽内，使用物理摩擦办法如刷子将阴极不锈钢带表面沉积的金属钴镍颗粒剥离、收集。

表2实施例4-7制备得到的金属颗粒性能参数表

	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
					阴极移动速度(cm/s)	2	2	2	2
停留时间(s)	5	5	5	5
					颗粒平均粒径(nm)	30	27	38	45

Claims (8)

1.一种通过控制阴极速度连续电沉积制备金属颗粒的装置，所制备的金属颗粒与阴极之间的接触力小于25nN，或者剪切强度小于1MPa，所述装置包括：

(a)电源、电沉积槽、清洗槽、收集槽，其中电沉积槽、清洗槽、收集槽顺次连接，电源调节电化学沉积参数，进行恒流或者恒压模式电沉积，恒流模式过程中电流密度范围为0～10mA/cm²，恒压模式过程中电压范围为0～10V；

(b)电沉积槽内相对设置的阳极、阴极；

(c)阴极为导电性带状材料，表面经抛光处理，连续、顺次通过电沉积槽、清洗槽、收集槽；

(d)清洗槽具有清洗液的进液口和出液口；

(e)收集槽内具有毛刷，毛刷的直径为5-10cm，刷毛长度约为1～2cm。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，阴极为连续、循环的导电性带状材料，连续、顺次通过电沉积槽、清洗槽、收集槽，由收集槽循环至电沉积槽。

3.根据权利要求1-2所述的装置，其特征在于，所述阴极为不锈钢带、钛带、铜带，由电沉积槽、清洗槽、收集槽内的滚轴带动阴极实现连续、循环运动。

4.根据权利要求1-3所述的装置，其特征在于，所述阴极的宽度为1～15cm。

5.根据权利要求1-4所述的装置，其特征在于，所述滚轴包括动力滚轴和从动滚轴。

6.根据权利要求1-5所述的装置，其特征在于，所述电沉积槽、清洗槽、收集槽内设置滚轴支架。

7.根据权利要求1-6所述的装置，其特征在于，所述电沉积槽、清洗槽、收集槽内均设置气刀，所述气刀分别对电沉积后的阴极、清洗后的阴极、刮除电沉积的金属颗粒后的阴极进行吹气处理。

8.根据权利要求1-7所述的装置，其特征在于，所述毛刷为电动毛刷。

Images