[發明專利]三維微米級多孔銅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310030324.5
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103132111A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 黎學明;羅彬彬;賴川;張代雄;楊文靜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C25D1/08
• 分類號: C25D1/08
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 張群峰;范曉斌

技術領域

本發明總體涉及多孔材料的制備方法，具體涉及一種形貌可控三維多孔銅薄膜的制備方法。

背景技術

多孔金屬材料是多孔材料的重要組成部分，由金屬骨架和孔隙組成，是一種導電性好、形狀穩定、耐高溫、抗沖擊力強等綜合力學性能好的功能材料。多孔金屬既可作為許多場合的功能材料，也可作為一些場合的結構材料，是一種性能優異的多用工程材料。多孔銅以其優異的電學和熱學性能被廣泛應用在航空航天、燃料電池、催化劑載體、物質分離和光電器件等領域方面。

目前，制備多孔銅的方法主要有去合金化法、粉末冶金法及模板法等。張忠華等(一種納米多孔銅的制備方法，中國發明專利，CN101590528A，2009-06-19)和梁淑華等(一種增強型納米多孔銅的制備方法，中國發明專利，CN102329977A，2012-01-25)均采用去合金化方法，制備的納米多孔銅平均韌帶尺寸為148～272nm，導電率高，結構穩定，但存在孔徑分布不均勻、易出現韌性斷裂、孔隙率低等不足。周蕤等（周蕤，陸龍生.材料熱處理技術，2011，40(4):59-62）將泡沫銅與銅粉進行復合燒結后形成復合多孔材料，所制備的多孔銅收縮率小，但孔徑變化較大且材料孔隙率較低。王清周等（王清周，李諾，王倩，吳愛忠，崔春翔.機械工程材料.2011，35(4):53-56）以NaCl為造孔劑，采用燒結-脫溶法制備了開孔多孔銅，孔形貌、大小與NaCl顆粒相似，孔隙率為67.2%，平均孔徑為0.75mm，雖然該方法制備的開孔多孔銅與致密銅相比具有較好的壓縮吸能特性，但孔徑偏大，易出現韌性斷裂。

模板法又分為固態模板法和氣態模板法。由于氣泡具有大小可調、均勻性好、可消去性等優點，在多孔材料的制備中應用廣泛。孫雅峰等（孫雅峰，牛振江，岑樹瓊，李則林.電化學.2006,12(2):177-182）同樣以氫氣泡作為動態模板，在硫酸銅濃度0.2mol/L、H₂SO₄含量1.5mol/L，電流密度1.0～6A/cm²、溶液溫度范圍20～70℃、支持電解質濃度0～1.5mol/L以及PEG質量濃度2mg/L的鍍液體系中，制備三維多孔銅薄膜。該工藝存在以下不足：(1)鍍層三維結構不明顯(2)孔徑可調區域窄，最大只能達到100μm，最小能到25μm。(3)鍍層呈樹枝狀，疏松易脫落。(4)同批次中的孔徑均勻性較差，如在電流密度3A/cm²，溫度20℃下的制備的孔徑為40±25μm。Heon-Cheol等（Heon-Cheol?Shin,Meilin?Liu.Chem.Mater.2004,16,5460-5464）以氫氣泡作為動態模板，在硫酸銅濃度為0.2～0.8mol/L、沉積時間10～60s、醋酸濃度0～0.2mol/L、Cl^-濃度1～50mmol/L、電流密度3A/cm²的體系中獲得了孔徑為50±20μm的三維多孔銅，所制備的多孔銅薄膜存在孔徑一致性差、變化范圍較大、鍍層容易脫落且缺乏實用性。Ying?Li等（Ying?Li,Wen-Zhi?Jia,Yan-Yan?Song,Xing-Hua?Xia.Chem.Mater.2007,19,5758-5764）在以往研究的基礎上，通過添加氣泡穩定劑十六烷基三甲基溴化銨抑制氣泡之間的合并，在孔徑均勻度方面有較大改善，孔徑最小偏差只有5μm。但同樣存在鍍層結合力差且孔徑調節范圍偏小，制備的多孔銅孔徑最大為150μm、最小為10μm。

發明內容

本發明的目的是提供一種多孔銅薄膜的制備方法，其能夠克服上述方法的某種或某些缺點。

根據本發明的多孔銅薄膜的制備方法包括：

提供金屬基底作為陰極并提供紫銅片作為陽極；

配制電鍍液，所述電鍍液中Cu²⁺含量為0.08～0.2mol/L、H₂SO₄含量為1.50～3.00mol/L、表面活性劑總含量為0.5～4.0mmol/L、Cl^-含量為1.5～3.0mmol/L；以及

利用所述電鍍液、所述陰極和所述陽極，采用氫氣泡動態模板電沉積法在所述金屬基底上形成三維多孔銅薄膜。

金屬基底可以為紫銅片、銅鋅合金片、鋁片、鈦片或鎂鋁合金片。