[發明專利]一種耐腐蝕電極及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310126329.8
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103208685A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 李晨;趙華波;胡保東;周夢杰;魏子鈞;郭劍;張亮;任黎明;傅云義;黃如;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01R13/03
• 分類號: H01R13/03;H01R43/16;C23C16/44;C23C16/26
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明屬于電子器件領域，具體涉及一種耐腐蝕石墨烯和金屬復合的電極及其制備方法和應用。

背景技術

隨著自動控制和微電子技術的發展，越來越多的設備需要在強酸、強堿、腐蝕性氣氛、高溫等惡劣環境下工作。無論是大型輸電線路、常規工業儀器，還是微電子器件和電路都離不開連接各個元件和線路的插座、插頭及電極(下面統稱電極)。由于需隨時、頻繁切換，通常無法將設備中的電極等材料嚴格密封起來，但是電極若裸露或密封不佳時，其材料表面極易受環境中的介質腐蝕，例如，海洋船舶中一些電力設備、控制裝置等中，通常會在海水或潮濕的環境工作，極易腐蝕其電極；電化學反應池中，通常含強酸、強堿也極容易腐蝕其電極，再如在SO₂等含量較高的大氣環境下工作的電極也容易腐蝕；同時電極材料本身還可能氧化，例如：微電子器件和電路中，其電極通常是銅材料，本身容易氧化，使用過程中也會因各種原因使電極氧化從而影響導電性能。金屬的腐蝕通常分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩類。其中，化學腐蝕是指金屬表面在各種化學介質作用下受到的腐蝕，具體包括：(1)干燥氣體同金屬接觸使金屬表面形成化合物，例如形成氧化物等；(2)金屬在液體中受到的腐蝕：些金屬在石油、乙醇等有機溶液中會受到腐蝕；常見的電化學腐蝕就是指金屬與電解質溶液接觸過程中產生電流而形成的腐蝕；金屬在潮濕的空氣中和各種酸、堿、鹽溶液中會受到不同程度的腐蝕等。目前，電纜的插座、插頭以及一些電極均使用銅制備，但銅在潮濕的空氣中易氧化，而且在酸堿溶液中也會被腐蝕。所以常規的銅電極不能用于上述這些環境中。而在高溫、強酸、強堿的環境中使用的多為鉑電極(Pt)和金電極(Au)，這兩種材料具有很高的化學穩定性和導電性。室溫下，鉑和金的電阻率分別為1.1×10^-7Ω·m和2.4×10^-8Ω·m。雖然這兩種材料制作的電極具有很好的傳導性，并且不易被腐蝕。但其主要缺點是鉑和金均為貴金屬，開采和提煉成本很高。

發明內容

本發明的目的在于提出一種耐腐蝕電極及其制備方法和應用，可以提高電極的抗腐蝕性能，并且成本低廉。

本發明提供的耐腐蝕電極（如圖1所示），其特征在于，在金屬電極的表面包裹有石墨烯。

金屬電極可采用銅、鎳、Cu-Ni合金或者鐵等材料。

石墨烯層數為單層、雙層或多層。

進一步提供一種耐腐蝕電極的制備方法，制備工藝如下：

1、金屬電極的制備；

利用金屬Cu、Ni或者Cu-Ni合金制作插頭、插座的電極，并且利用丙酮、乙醇和稀鹽酸等處理掉金屬表面的雜質，包括氧化物和各種油污等。

2、利用CVD法在上述金屬電極上制備石墨烯層；

利用化學氣相沉積法，在上述金屬電極上制備石墨烯層。通常使用的碳源是甲烷、乙烯、乙炔等氣體，反應中的其他輔助氣體為氫氣和氬氣，其中氫氣起還原作用，氬氣起保護作用?；痉磻缦拢悍磻惺冀K通入氫氣和氬氣，氫氣用于還原掉金屬表面的氧化物，氬氣起到保護作用。待溫度升到T₁(根據不同工藝T₁可為600-1100°C)后，先保溫退火一段時間，然后通入甲烷、乙烯或者乙炔等碳源。碳源在T₁高溫作用下會發生裂解，然后再金屬銅或鎳的催化作用下在金屬表面生長為石墨烯。這樣便可形成石墨烯包裹金屬Cu的復合結構，然后等溫度下降到室溫后，將石墨烯-銅復合結構從反應爐中取出。

本發明的基本原理：

本發明擬利用銅、鎳或者銅-等金屬表面生長石墨烯的復合材料替代貴金屬(如鉑、金等)制作耐腐蝕導電插頭、插座及電極，用于高溫、強酸、強堿等環境，或者在銅電極表面用石墨烯覆蓋提高銅電極的抗氧化能力。