专利名称：多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法
技术领域：
本发明涉及一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法。经化学镀镍锌的纳米碳管可与镁、铝等有色金属基体高强度结合，成为制备高力学性能、轻质量的复合材料的理想增强体，在化工、机械、汽车等工业和航空航天技术方面具有广阔的应用前景。
背景技术：
纳米碳管与金属直接复合形成的界面脆弱，得不到理想的力学性能。若在纳米碳管表面镀覆金属，使其成为纳米碳管与基体结合的介质，则可解决碳纳米管与金属基体之间的高强度结合问题。
目前，有关在纳米碳管表面镀镍研究报道较多，取得了一定的成果。但表面镀镍纳米碳管加入到金属基体材料中不可避免地要带入镍，尤其是在纳米碳管加入量较多或加入到镁、铝等有色金属中时，由于镍在镁、铝等有色金属是杂质，必然会影响复合材料的综合性能，因此，寻找替代镍的镀层是非常必要的。几乎所有的有色合金都可将锌作为合金元素，表面镀锌的纳米碳管必将具有更广阔的应用前景。但锌的化学电位较高，很难发生氧化还原反应，在纳米碳管表面镀锌较难，目前未发现有关在纳米碳管表面镀镍锌的研究报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，原始纳米碳管表面附有碳多面体纳米颗粒、碳洋葱，以及无定形炭等杂质，使其凹凸不平。又因为纳米碳管表面曲率大，不易起镀，镀层不均匀，附着性差；并且纳米碳管直径较细，分散困难，其石墨化结构也使其反应活性极低，很难获得连续性致密性好的镀层。
本发明的目的是提供一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，可以得到连续致密镀层，在用作金属基复合材料增强体时，可以和金属基体紧密结合，充分发挥其优良特性。且该法操作方便，工艺简单，还具有优良的均镀和深镀能力。因此很适合纳米碳管的表面镀覆处理。
本发明所采用的技术方案是一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于a.首先在镀镍锌之前对碳纳米管进行预处理，通过纯化、氧化处理获得较纯净纳米碳管，再通过活化、敏化处理在纳米碳管表面形成催化金属核；b.将预处理后的纳米碳管加入镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，Ni-Zn-P在纳米碳管表面的催化金属核上沉积并长大，继而形成连续结合镀层，镍的自催化活性使沉积持续进行，从而得到较厚的镀层；具体步骤如下首先对纳米碳管进行纯化处理，将纳米碳管投入浓度为1-3mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热0.2-2小时，冷却至室温；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；将经纯化处理的5-15克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上5-0分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置20-30小时；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；对经氧化处理的纳米碳管进行敏化活化处理在室温下，将0.2-2克经氧化后的纳米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液(0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散，反应结束后用去离子水清洗至中性；将预处理后的纳米碳管加入如下配方的镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，镀镍锌组分和条件
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如上所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于每100mL镀液中加入0.005-0.05克纳米碳管，反应过程用超声波振荡器充分分散。
如上所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于镀覆时最佳装载量为100毫升镀液中加入0.01-0.03克纳米碳管。此时镀液分散较好，且施镀过程中镀液没有出现粘稠现象。
如上所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于对镀后纳米碳管进行退火处理，以获得更为连续和致密的化学镀层；退火条件是温度600℃，压力14.7KPa，在真空炉中进行，保温时间为1小时，降温时间为2小时。
采用本方法可以得到连续致密镀层，在用作金属基复合材料增强体时，可以和金属基体紧密结合，充分发挥其优良特性。且该法操作方便，工艺简单，还具有优良的均镀和深镀能力。因此很适合纳米碳管的表面镀覆处理。
具体实施例方式
多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的工艺步骤如下1.纯化处理采用碱液去除纳米碳管表面脂肪质物质。将纳米碳管投入浓度为1-3mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热0.2-2小时，冷却至室温；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；较好的取值为将纳米碳管投入浓度为2mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热1小时，冷却至室温。
2.将经纯化处理的5-15克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上560分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置20-30小时；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；较好的取值为将10克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上15分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置24小时。
3.敏化活化处理对经氧化处理的纳米碳管进行敏化活化处理在室温下，将0.2-2克经氧化后的纳米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液(0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散，反应结束后用去离子水清洗至中性。
较好的取值为将1克经氧化的纳米碳管加入400ml敏化液(4克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液(0.19克PdCl2+17.2ml HCl)中。
4.将预处理后的纳米碳管加入下表1配方的镀液中，装载量为每100mL镀液中加入0.005-0.05克纳米碳管，反应过程用超声波振荡器充分分散。
镀覆时最佳装载量为100毫升镀液中加入0.01-0.03克纳米碳管。此时镀液分散较好，且施镀过程中镀液没有出现粘稠现象。
表1镀镍锌组分和条件
5.对镀后纳米碳管进行退火处理，以获得更为连续、致密的化学镀层。退火条件是温度600℃，压力14.7KPa，在真空炉中进行，保温时间为1小时，降温时间为2小时。
利用透射电镜观察对比镀前后及热处理前后镀层形貌，可以看到镀后纳米碳管外表面复合镀层包覆率高，包覆完整。说明该法镀镍锌有较强的均镀能力。热处理后镀层连续、致密、光滑。用电子能谱分析测试镀层的组成，可知镀层表面有镍及锌元素存在。通过电子束在纳米碳管镀层表面纵向扫描，从镍元素能级跳跃可观测到在镀层表面有大量的镍存在，从钴元素能级跳跃也可观测到镀层表面有锌存在。由此可推断，镀后碳纳米管外表面被镍锌合金紧密均匀包覆，热处理可使镀层连续、致密、光滑。
权利要求
1.一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于a.首先在镀镍锌之前对碳纳米管进行预处理，通过纯化、氧化处理获得较纯净纳米碳管，再通过活化、敏化处理在纳米碳管表面形成催化金属核；b.将预处理后的纳米碳管加入镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，Ni-Zn-P在纳米碳管表面的催化金属核上沉积并长大，继而形成连续结合镀层，镍的自催化活性使沉积持续进行，从而得到较厚的镀层；具体步骤如下首先对纳米碳管进行纯化处理，将纳米碳管投入浓度为1-3mol/L的NaOH水溶液，在超声波振荡器中振荡充分分散，超声方式为每超声30秒，停30秒；加热0.2-2小时，冷却至室温；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；将经纯化处理的5-15克纳米碳管加入250mL浓硝酸中进行氧化处理，加热至60℃以上5-0分钟；在超声波振荡器中振荡充分分散，静置20-30小时；用去离子水洗涤至中性；将洗净的粉末置于真空干燥箱干燥；对经氧化处理的纳米碳管进行敏化活化处理在室温下，将0.2-2克经氧化后的纳米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散；过滤后，将其加入400ml活化液(0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl)中，利用超声波振荡器充分分散，反应结束后用去离子水清洗至中性；将预处理后的纳米碳管加入如下配方的镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散；镀镍锌组分和条件配方 成分含量g/LNiSO4·7H2O30-50NaH2PO2·H2O 60-80柠檬酸钠 150-170(NH4)2SO470-90ZnSO490-110PH值8.8～9.2，温度30～40℃。
2.如权利要求1所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于每100mL镀液中加入0.005-0.05克纳米碳管，反应过程用超声波振荡器充分分散。
3.如权利要求2所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于镀覆时装载量为100毫升镀液中加入0.01-0.03克纳米碳管。
4.如权利要求1或2或3所述多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于对镀后纳米碳管进行退火处理，以获得更为连续和致密的化学镀层，退火条件是温度600℃，压力14.7KPa，在真空炉中进行，保温时间为1小时，降温时间为2小时。
全文摘要
一种多壁纳米碳管表面化学镀镍锌的方法，其特征在于a.首先在镀镍锌之前对碳纳米管进行预处理，通过纯化、氧化处理获得较纯净纳米碳管，再通过活化、敏化处理在纳米碳管表面形成催化金属核；b.将预处理后的纳米碳管加入镍锌镀液中，反应过程用超声波振荡器充分分散，Ni－Zn－P在纳米碳管表面的催化金属核上沉积并长大，继而形成连续结合镀层，镍的自催化活性使沉积持续进行，从而得到较厚的镀层。将经过以上处理的纳米碳管用作金属基复合材料增强体时，可以和金属基体紧密结合，充分发挥其优良特性。
文档编号C23C18/18GK101058873SQ20071005222
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者李四年, 郑重, 陈慧敏 申请人:湖北工业大学