[發明專利]碳納米管和金屬銅復合電鍍工藝的優化方法

無效

• 申請號: 201110058079.X
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102140668A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 趙海濤;陳吉安;王全保;范振民
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C25D5/20
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微納米技術領域的方法，具體是一種碳納米管和金屬銅復合電鍍工藝的優化方法。

背景技術

碳納米管的場發射性能優良，若將其均勻布置在陰極上，可獲得性能極好的場發射器件。碳納米管和金屬銅的復合電鍍技術可實現碳納米管均勻分布在場發射陰極上，制成的器件體積小，重量輕，靈敏度高。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號200710042897.4，公開了一種《碳納米管碳納米纖維植入金屬電極表層的方法》，該技術運用電鍍的方法將一部分碳納米管根植在金屬基體中，其余部分暴露在外，形成均勻分布在電極表層的“植布”效果。王裕超等人為解決碳納米管在銅基體中的分散與結合兩個問題，運用超聲振蕩輔助復合電鍍制備銅基碳納米管復合鍍層(超聲振蕩輔助制備銅基碳納米管復合電鍍層工藝，復合材料學報，2006，23(5)：29-33)。

但是該現有技術只是實現了碳納米管和金屬的復合電鍍技術，并未對工藝進行優化，獲得最佳的復合鍍層。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種碳納米管和金屬銅復合電鍍工藝的優化方法，使碳納米管牢固和金屬銅結合，均勻分布在復合鍍層上，從碳納米管的數量和均勻性上提高復合鍍層的質量。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明采用酸性鍍銅的方式將硫酸銅與碳納米管混合后作為電鍍液，進一步加入聚丙烯酸作為分散劑后倒入電鍍池中，在超聲環境下進行電鍍。

所述的電鍍液中：硫酸銅的含量為135-140g/L，碳納米管的含量為4-5g/L，余量為水。

所述的電鍍液具體通過以下方式制備得到：

第一步、按照酸性鍍銅的方法配制鍍液，并加入碳納米管1g/L，開始時硫酸銅的含量為200g/L，以10g/L的方式遞減銅離子的含量，直至通過掃描電鏡照片確定電鍍后碳納米管分散均勻，相對應的硫酸銅含量為140g/L；

第二步、以硫酸銅含量為140g/L配制電鍍液，并增加碳納米管的含量至4-5g/L；

第三步、采用加水稀釋的方法，向電鍍液中加去離子水30mL，將銅離子的含量減少至135-140g/L。

所述的聚丙烯酸與碳納米管的質量比為(3～4)∶(4～5)。

所述的聚丙烯酸為逐步添加至電鍍液中，每次添加量不超過0.5g。

所述的超聲環境下進行電鍍是指：鍍液溫度25-30℃、陰陽極間的距離15cm、電流密度為3A/dm²，超聲振蕩器的頻率200W。

本發明的目的是這樣實現的：選擇銅離子濃度和碳納米管濃度為主要控制參數，其它工藝參數保持不變，固定碳納米管含量，選擇銅離子含量由高到低進行復合電鍍實驗，確定出質量最好的銅離子含量后再調整碳納米管含量。碳納米管的含量決定碳納米管之間的距離，滿足距離要求后，銅離子濃度再進一步調整，使復合鍍層均勻、致密。然后增加分散劑的添加量，直到復合鍍層的碳納米管分布最均勻。電鍍的輔助工藝采用超聲間歇振蕩，超聲振蕩器工作時間和暫停時間保持2∶1，既保證碳納米管分散性的同時，也保證復合鍍層碳納米管的含量。電鍍的溫度、電鍍的電流密度、電鍍時陰陽極間的距離處于實時監測和調整狀態，鍍液中有溫度計監測溫度，電路中串聯電流表監測陰陽極的電流密度，通過改變鍍液周圍的水浴環境來控制溫度，通過陰陽極的距離調節和電源的輸出控制陰陽極的電流密度。

本發明還可以包括如下特征：

1、所述的復合電鍍工藝的優化方法，以銅離子含量為最初優化變量，碳納米管含量為第二優化變量，兩者相互影響，需反復調整獲得最佳含量。

2、所述的電鍍的輔助工藝采用超聲間歇振蕩。

3、所述的電鍍溫度、電鍍電流密度、電鍍時陰陽極間的距離處于實時監測和調整狀態。

本發明的主要特征是，碳納米管和金屬銅復合電鍍制作的場發射陰極，碳納米管之間的距離均勻，碳納米管和銅牢固結合。優化工藝主要包括以下幾個部分及主要特點：

1)銅離子的含量按標準電鍍銅工藝的含量遞減來優化工藝，銅離子的含量過多會影響碳納米管嵌入銅的質量；碳納米管的含量從少到多進行工藝優化，保證復合鍍層上碳納米管的含量。

2)銅離子的含量和碳納米管的含量彼此相互影響，需反復調整，優化工藝。

3)復合電鍍時輔助工藝采用超聲間歇振蕩，即超聲振蕩器工作一段時間后暫停，然后再繼續工作

4)嚴格控制電鍍溫度、電鍍電流密度、電鍍時陰陽極的距離。

本發明的基本原理為：