[发明专利]一种多壁碳纳米管化学镀铜的方法

说明书

本发明一种多壁碳纳米管化学镀铜的方法，属于碳纳米管改性技术领域；本发明利用长时间高能超声振荡短切多壁碳纳米管，减小长径比，打开端口；再经过纯化、敏化、活化、二次活化改性，然后采用化学镀的方法在小长径比多壁碳纳米管的内外管壁连续镀覆铜层。本发明方法高效、可控，有效减小多壁碳纳米管长径比，使多壁碳纳米管内外壁同时镀覆铜层；镀覆铜层纯度高、覆盖均匀连续，解决了多壁碳纳米管在铜基体中团聚、不易润湿、界面结合强度低等问题，为制备高强、高导的碳纳米管增强铜基复合材料提供更好的增强体。

技术领域

本发明涉及一种多壁碳纳米管化学镀铜的方法，属于碳纳米管改性技术领域。

背景技术

碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)具有优异的电学、力学性能，被誉为最理想的复合材料增强相，在复合材料领用具有广阔的应用前景。利用CNTs增强铜基制备复合材料，在理论上能够极大提高铜基体力学强度的同时提高其导电性。但由于CNTs自身的纳米效应及其长径比大等特点，使它极易扭结、团聚，在复合材料铜基体中极难分散、结合，从而造成复合材料各性能下降。

为充分发挥CNTs的高抗拉性、高导电性，并制备出综合性能优异的铜基复合材料，首先要对CNTs进行表面改性处理，提高其与铜基体的相容性。

在专利CN101716677A中公布了碳纳米管-铜氧化物复合粉体的制备方法，该方法利用化学镀的方法使碳纳米管表面的到铜氧化物（CuO和Cu₂O）镀层，但还需要在200℃下通入氢气，将铜氧化物还原为单质铜。该工艺复杂，流程长，并且需要通入易燃易爆气体，操作难以控制。

专利CN103586464A中公布了一种单壁碳纳米管表面镍铜涂层的制备方法，通过化学镀的方法在单壁碳纳米管表面先后沉积镍层与铜层。该工艺需要先在CNTs表面沉积镍层，在镍层的基础上沉积铜材，过渡镍层引入了非铜基的其他元素，使沉积层与碳纳米管的结合强度降低，并且降低了在复合材料基体中的润湿性。

专利CN103726305A中公布了铜和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法，该工艺是以碳纳米管纤维为基体采用电化学法将铜沉积于碳纳米管纤维。该工艺过程需要施加电流或电压于碳纳米管，成本提高且不易控制；最终制得具有碳纳米管分布于铜基体中或纳米级铜与碳纳米管外表面结合的复合纤维，而碳纳米管内壁没有铜层的结合。

发明内容

为解决现有技术中纳米管化学镀铜改性方法中，只镀覆CNTs外表面，并且CNTs长径比大，造成扭结、团聚，从而影响镀层效果和与基体的润湿结合性等问题，本发明提供了一种多壁碳纳米管内外管壁化学镀铜的方法。

一种多壁碳纳米管化学镀铜的方法，具体步骤包括：

（1）短切：将多壁碳纳米管加入到醇类溶剂中，添加分散剂，在超声波条件下处理10～15小时，过滤，洗涤、真空干燥；

（2）纯化：将步骤（1）所得短切处理的多壁碳纳米管进行分散处理，将分散处理的多壁碳纳米管加入到浓酸溶液中并在60～90℃条件下纯化处理3～6h，冷却、过滤、洗涤、真空干燥得到纯化多壁碳纳米管；

（3）敏化：将步骤（2）所得纯化多壁碳纳米管进行分散处理，将分散处理的纯化多壁碳纳米管加入到敏化溶液中处理30～60min，采用酸溶液调节pH值为2～6，过滤、洗涤、真空干燥得到敏化多壁碳纳米管；

（4）活化：将步骤（3）所得敏化多壁碳纳米管进行分散处理，将分散处理的敏化多壁碳纳米管加入到一次活化溶液中处理30～60min得到一次活化多壁碳纳米管，其中一次活化溶液为PdCl₂与表面活性剂的水溶液；将一次活化多壁碳纳米管加入到二次活化溶液中处理10～40min得到二次活化多壁碳纳米管，其中二次活化溶液为PdCl₂与 AgNO₃的水溶液；