[發明專利]一種碳納米管?銅基復合粉體的電沉積制備方法

有效

• 申請號: 201410450868.1
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104233379B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 蔡曉蘭;王子陽;楊長江;胡翠
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C25C5/02
• 分類號: C25C5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種碳納米管-銅基復合粉體的電沉積制備方法，屬于新材料與金屬粉體制備技術領域。

背景技術

碳納米管-銅基復合粉體是粉末冶金法制備碳納米管-銅基復合材料的主要原料，由于碳納米管的表面活性很低，與金屬基體的潤濕性很差，這就使得碳納米管很難與金屬基體形成牢固的界面結合，導致復合材料的性能尤其是力學性能很難提高。為了充分發揮碳納米管的優良性能，需要首先解決的關鍵問題是碳納米管的均勻分散以及與金屬基體的潤濕性問題。為解決碳管的均勻分散問題，專利公開號為CN101716677A提出采用化學共沉積法制備內嵌碳納米管銅基復合顆粒，首先利用一定比例由濃硫酸和濃硝酸組成的混酸溶液對碳納米管進行純化處理，采用明膠對碳納米管進行進一步的功能化，在銅溶液中（硫酸銅、葡萄糖和聚乙二醇溶液），在碳納米管上形成氧化銅顆粒，并將碳納米管嵌鑲在其中。然后在氫氣氣氛中將銅的氧化物還原成銅。專利公開號為CN102628115A采用高能球磨制備碳納米管增強銅基復合粉體，將0.5~10wt%的碳納米管、85~99.4%的銅粉以及0.1~5wt%的助劑放入高能球磨機中進行球磨，球磨介質為不銹鋼球，球料質量比為5~50:1，球磨機轉速為200~1000r/min，球磨時間為1~10h，選擇氬氣作為球磨氣氛以防止過程中粉體氧化，獲得的復合粉體經還原退火→壓制成形→真空燒結得到高強度高硬度的碳納米管增強銅基復合材料。專利公開號為CN103170627A采用旋轉電泳的方法篩選獲得長徑比呈梯度分布的碳納米管，然后按長徑比呈梯度增加分別與銅合金粉末經球磨機混合均勻，經化學鍍鎳后得到銅基復合粉末。專利申請號為2014103219152提出一種陽極溶解制備碳納米管-銅復合粉體的方法，首先將銅鹽、酸純化好的碳納米管、去極化劑、分散劑和水混合均勻后配置成銅鹽溶液，然后將鎂及其合金、鋅及其合金、鋁及其合金中的一種作為溶解陽極置于配置好的銅鹽溶液中，在溫度為0~100℃、超聲或機械攪拌條件下電反應0.1~12h，制備得到碳納米管-銅復合粉體。雖然上述技術中，得到了碳納米管-銅基復合粉體，但依然存在一些不足，如，處理工藝操作較為復雜，成本較高，產品生產可控性不足等。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發明提供一種碳納米管-銅基復合粉體的電沉積制備方法。本發明首先通過機械法將碳納米管表面的惰性碳碳鍵打開形成活性的功能團，以降低碳納米管和電解液界面斥力，然后利用碳納米管表面的官能團的負電性與正電性的Cu²⁺結合，在陰極共沉積，并實現碳納米管在銅顆粒中的均勻分布，本發明通過以下技術方案實現。

一種碳納米管-銅基復合粉體的電沉積制備方法，其具體步驟如下：

（1）碳納米管表面功能化與分散：將碳納米管和按照碳納米管與分散劑質量比為13~20:1加入分散劑，在氧化氣氛中進行表面機械活化與分散；

（2）配置復合電沉積液：首先將硫酸銅、硫酸、經步驟（1）處理后的碳納米管、添加劑和水混合均勻后配置成電解液，其中電解液中硫酸銅濃度為20~200g/L，硫酸濃度為50~300g/L，碳納米管濃度為0.1~1.0g/L，添加劑濃度為0.5~10g/L，剩余為水；

（3）復合粉體電沉積過程：以金屬銅為陽極，金屬鈦為陰極，在控制電解液溫度為20~120℃、陰極電流密度為50~300mA/cm²條件下，在步驟（2）配置的電解液中電沉積20~200min，即能在陰極得到碳納米管銅基復合粉體。

所述步驟（1）中的表面機械活化與分散為球磨過程，球磨時間為20~150min。

所述步驟（1）中的分散劑與步驟（2）中的添加劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十八烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化胺、明膠、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一種或幾種任意比例混合物。

所述步驟（1）中的氧化氣氛是質量比為5~20:1氧氣與空氣的混合氣體。

本發明的有益效果是：（1）工藝操作簡單，碳納米管-銅基復合粉體僅需經過一次復合電沉積即可形成，工藝所用試劑消耗很低，僅需定期更換陽極；（2）碳納米管被銅顆粒均勻包覆；（3）本方法環境友好，操作環境得到改善，易于工業化。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中碳納米管活化后的紅外光譜圖；

圖2是本發明實施例1中制備得到的碳納米管-銅基復合粉體的掃描電鏡圖A；

圖3是本發明實施例1中制備得到的碳納米管-銅基復合粉體的掃描電鏡圖B；