CN1782136A - 一种纳米碳管－金属复合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米碳管－金属复合物的制备方法，其特征在于：将纳米碳管悬浮分散于电镀液中，使分散于电镀液中呈导电网络状分布的纳米碳管与金属阴极板之间共同构成复合阴极，电镀液中纳米碳管的含量在0.5g/L～6.0g/L；采用电镀技术将金属电镀到纳米碳管上制备出纳米碳管－金属复合物。本发明方法工艺路线简单、生产成本低、效率高，环境污染低，可以广泛用于制备纳米碳管和镍、钴、铜、银、锡等金属的复合物。
Description
技术领域：
本发明涉及纳米碳管技术，特别提供了一种利用镀液中悬浮纳米碳管同时构成复合阴极和导电网络，以电镀技术制备纳米碳管-金属复合物的方法。
背景技术：
纳米碳管独特具有的物理和化学特性，被期望用于纳米碳管-金属基增强材料、纳米电子器件、磁性材料和催化等领域。将金属均匀沉积于纳米碳管表面能够增强纳米碳管与其它金属材料的相溶性，降低纳米碳管的欧姆接触电阻，因而是开拓纳米碳管在高强度复合材料、纳米电子器件、高性能磁性材料和催化等领域应用的一个重要方面。
目前制备纳米碳管-金属复合物的方法有电子束蒸发沉积法和化学镀法等，前者虽然能够在纳米碳管表面获得均匀的镀层，但由于设备昂贵，工艺复杂难控，因而很难得以广泛应用。由于普遍认为纳米碳管的化学活性较低，因此化学镀方法成为目前研究较多的一种制备纳米碳管-金属复合物的有效方法，一些作者已经应用此方法成功制备出纳米碳管与Cu，Ni和Co的复合物。然而应用此方法时，必须对纳米碳管进行提纯、活化和敏化等镀前处理工艺而使此方法变得相对复杂和不易控制，同时由于采用敏化工艺，在纳米碳管表面形成了含Pd，Sn和P的中间层，不能获得欲镀金属与纳米碳管界面直接作用形成的复合物，因而可能影响纳米碳管-金属复合物的性能。另外，因为必须采用贵金属Pd对纳米碳管表面进行敏化，也使该方法避免不了高成本和污染环境等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种纳米碳管-金属复合物的制备方法，该方法工艺路线简单、生产成本低、效率高，环境污染低，可以广泛用于制备纳米碳管和镍、钴、铜、银、锡等金属的复合物。
具体地，本发明提供了一种纳米碳管-金属复合物的制备方法，其特征在于：
——将纳米碳管悬浮分散于电镀液中，使分散于电镀液中呈连续的导电网络状分布的纳米碳管与金属阴极板之间共同构成复合阴极，电镀液中纳米碳管的含量在0.5g/L～6.0g/L；
——采用电镀技术将金属电镀到纳米碳管上制备出纳米碳管-金属复合物。
本发明纳米碳管-金属复合物的制备方法中，所述分散最好采用超声波分散。
本发明纳米碳管-金属复合物的制备方法中，施镀前：最好将纳米碳管放入丙酮或乙醇溶剂中进行进行除油处理；除油处理最好在超声波中进行。
本发明纳米碳管-金属复合物的制备方法中，电镀液及施镀条件的选择依所需施镀金属的不同而不同，任何已知的镀液均可以选用。
本发明将纳米碳管放入预先配制好的金属镀液中，然后经超声分散形成含悬浮纳米碳管的金属镀液。镀浴中的悬浮纳米碳管含量必须能够使阴极和阳极之间形成由悬浮纳米碳管构成的连续的网络，由于纳米碳管具有良好的导电性和电极界面双电层的存在，在阴极界面，纳米碳管与金属阴极构成了复合式电极。在施镀过程中，因为纳米碳管构成的导电网络的存在，电子能够通过纳米碳管在阴、阳极间传输，因而镀液中的金属离子能够从纳米碳管获得电子而沉积在纳米碳管表面，从而形成金属包覆的纳米碳管-金属复合物。
本发明的优点在于：
1、工艺路线简单，环境污染小。此方法无须对纳米碳管进行提纯、活化，以及用锡盐和钯盐进行活化和敏化等处理，只需对制备的纳米碳管进行简单的除油、清洗及分散等镀前处理，即可进行施镀，制备纳米碳管-金属复合物。
2、生产成本低，效率高。制备工艺中不需要使用贵金属钯，生产设备只需普通的恒流恒压电源，因此该方法具有较低的生产成本。因避免了提纯、活化等复杂的镀前处理工艺，同时采用了高含量纳米碳管的镀液，因而生产效率显著提高。
3、制备的纳米碳管-金属的复合物为金属和纳米碳管界面的直接作用形成，并且无其它杂质被引入，因而该方法制备的复合物更纯净，也相应具有更好的性能。化学镀方法采用锡盐和钯盐对纳米碳管进行活化和敏化，首先在纳米碳管表面形成含锡和钯的过度层，然后在过度层上沉积欲镀金属制备纳米碳管-金属复合物。本发明方法无须用锡盐和钯盐对纳米碳管进行活化和敏化，而是直接在纳米碳管表面沉积欲镀金属，因而能够获得金属和纳米碳管界面直接作用形成的纳米碳管-金属复合物，同时也避免了锡和钯等杂质的引入。
附图说明：
图1为纳米碳管-镍复合物扫描电镜照片；
图2为电弧法制备的纳米碳管扫描电镜照片；
图3为纳米碳管-镍复合物的表面能谱；
图4为纳米碳管-铜复合物扫描电镜照片；
图5为纳米碳管-银复合物扫描电镜照片；
图6为纳米碳管-钴复合物扫描电镜照片；
图7为纳米碳管-锡复合物扫描电镜照片。
具体实施方式：
将电弧法或有机物催化裂解法生产的纳米碳管放入丙酮或乙醇等溶剂中进行超声波溶解和分散，在溶解和分散一段时间后，进行多次过滤和清洗，以除去溶液中的有机溶剂；再将清洗、过滤后的纳米碳管在恒温(60～80C)下烘干。
实施例1 纳米碳管-镍复合物制备：
称取1.0克经清洗、除油后的纳米碳管，放入1L镀镍液中(镀镍液组成：NiSO4.6H2O 135g/L；NiCl2.H2O 28g/L；H3BO3 16g/L)，配置成纳米碳管含量为1.0g/L悬浮纳米碳管镀液；将阳极镍板，阴极纯铜片平行并保持一定间距的放置镀浴中，分别连接阴、氧极于恒流、恒压电源设备的负极和正极，再将镀液加热至35-40℃；然后以20A/dm2电流密度施镀10分钟；施镀完成后，将阴极取出，剥离阴极表面沉积的产物，将其放入烧杯中，再对其进行多次清洗和过滤，最后将其在真空干燥箱中，在60C下恒温24小时干燥。
根据按上述方法制备的产物的扫描电镜照片(图1)，和电弧法制备的纳米碳管的扫描电镜照片(图2)的对比，可以看出，纳米碳管经采用本方法和镍复合后，平均直径由100nm左右增加至200nm左右，金属镍被均匀的沉积于纳米碳管表面。表面能谱分析(图3)也证实纳米碳管表面沉积的物质只有金属镍。
实施例2 纳米碳管-铜复合物的制备
称取1.5克经清洗、除油后的纳米碳管，放入1L镀铜液中(镀铜液组成：CuCN 40g/L；KCN 20g/L；Na2CO3 100g/L)，超声分散配置成纳米碳管含量为1.5g/L的悬浮纳米碳管镀液；将阳极纯铜板，阴极纯铜片平行并保持一定间距的放置镀浴中，分别连接阴、氧极于恒流、恒压电源设备的负极和正极，再将镀液加热至40-60℃；然后以2.5A/dm2电流密度施镀10分钟；施镀完成后，将阴极取出，剥离阴极表面沉积的产物，将其放入烧杯中，再对其进行多次清洗和过滤，最后将其在真空干燥箱中，在60C下恒温24小时干燥，产物的扫描电镜照片见图4。
实施例3 纳米碳管-银复合物的制备
称取3.2克经清洗、除油后的纳米碳管，放入1L镀银液中(镀银液组成：KAg(CN)2 50g/L；KCN 80g/L；K2CO3 10g/L)，超声分散配置成纳米碳管含量为3.2g/L的悬浮纳米碳管镀液；将阳极银板，阴极纯铜片平行并保持一定间距的放置镀浴中，分别连接阴、氧极于恒流、恒压电源设备的负极和正极，再将镀液加热至20-30℃；然后以0.5A/dm2电流密度施镀10分钟；施镀完成后，将阴极取出，剥离阴极表面沉积的产物，将其放入烧杯中，再对其进行多次清洗和过滤，最后将其在真空干燥箱中，在60C下恒温24小时干燥，产物的扫描电镜照片见图5。
实施例4 纳米碳管-钴复合物的制备
称取3.2克经清洗、除油后的纳米碳管，放入1L镀钴液中(镀钴液组成：CoSO4.6H2O 150g/L；H3PO4 50g/L；H3PO3 15g/L)，超声分散配置成纳米碳管含量为3.2g/L的悬浮纳米碳管镀液；将阳极钴板，阴极纯铜片平行并保持一定间距的放置镀浴中，分别连接阴、氧极于恒流、恒压电源设备的负极和正极，再将镀液加热至20-30℃；然后以0.5A/dm2电流密度施镀10分钟；施镀完成后，将阴极取出，剥离阴极表面沉积的产物，将其放入烧杯中，再对其进行多次清洗和过滤，最后将其在真空干燥箱中，在60C下恒温24小时干燥，产物的扫描电镜照片见图6。
实施例5 纳米碳管-锡复合物的制备
称取2.1克经清洗、除油后的纳米碳管，放入1L镀锡液中(镀锡液组成：SnSO4 50g/L；H2SO4 100g/L)，超声分散配置成纳米碳管含量为2.1g/L的悬浮纳米碳管镀液；将阳极锡板，阴极纯铜片平行并保持一定间距的放置镀浴中，分别连接阴、氧极于恒流、恒压电源设备的负极和正极，再将镀液加热至60-80℃；然后以1.5A/dm2电流密度施镀10分钟；施镀完成后，将阴极取出，剥离阴极表面沉积的产物，将其放入烧杯中，再对其进行多次清洗和过滤，最后将其在真空干燥箱中，在60C下恒温24小时干燥，产物的扫描电镜照片见图7。
Claims (4)
1、一种纳米碳管-金属复合物的制备方法，其特征在于：
——将纳米碳管悬浮分散于电镀液中，使分散于电镀液中呈导电网络状分布的纳米碳管与金属阴极板之间共同构成复合阴极，电镀液中纳米碳管的含量在0.5g/L～6.0g/L；
——采用电镀技术将金属电镀到纳米碳管上制备出纳米碳管-金属复合物。
2、按照权利要求1所述纳米碳管-金属复合物的制备方法，其特征在于所述分散采用超声波分散。
3、按照权利要求1或2所述纳米碳管-金属复合物的制备方法，其特征在于施镀前：将纳米碳管放入丙酮或乙醇溶剂中进行除油处理。
4、按照权利要求3所述纳米碳管-金属复合物的制备方法，其特征在于所述除油处理在超声波中进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |