[发明专利]一种CNTs/Cu复合板材的制备方法

说明书

本发明公开一种CNTs/Cu复合板材的制备方法，属于材料加工领域。本发明通过电泳沉积的方法，在纯铜丝编成的铜网上均匀沉积上一层碳纳米管薄膜，然后进行多次的折叠热压，制成CNTs/Cu复合板材。本发明所述方法提供了充足的原子驱动力，可以有效促进原子扩散，且铜网的表面积很大，可以大大提高CNTs的附着率和分散效果，从而实现CNTs和铜的有效结合。本发明利用电泳沉积的方式将CNTs沉积到铜网表面，达到CNTs均匀且分散的效果，避免因CNTs团聚和分散不均导致的复合效果不佳，且因为铜网的网状结构，在热压的过程中可以有效的将CNTs包裹在复合板材之中。

技术领域

本发明属于铜基复合材料技术领域，具体涉及一种CNTs/Cu复合板材的制备方法。

背景技术

随着科学技术和社会经济的飞速发展，传统铜及其合金材料的强度、硬度、耐磨性及导电性等越来越难以满足许多领域对铜材料的性能需求，从而促进了铜基复合材料的发展。由于CNTs中碳原子是SP²杂化以及CNTs特殊的管状结构，使CNTs具有高模量、高强度和良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200Gpa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单壁碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。CNTs的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料更加稳定。若以铜为基体，CNTs为增强体制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、硬度和导电性，给复合材料的性能带来极大的改善。

目前CNTs与铜基体的界面结合能力是影响CNTs/Cu复合材料综合性能的主要因素，现有的碳纳米管铜基复合材料主要制备方法有机械球磨法、分子级混合法、电化学沉积法和原位生长法等，机械球磨法在球磨过程中总会不可避免的破坏CNTs的结构，分子级混合法会引入吸附剂，从而影响界面结合情况，原位生长法过程复杂、产率低，导致无法大规模生产，故本发明采用电化学沉积法，沉积过程简单且高效。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强高导CNTs/Cu复合板材的制备方法，用砂纸打磨清除铜丝表面氧化物，而后将其编成铜网，再使用电泳沉积的方法将CNTs沉积在铜网上，最后进行反复多次的折叠热压，得到碳纳米管铜基复合材料，这种方法使得铜基体与碳纳米管之间具有优良的结合力，且所制备的复合材料抗拉强度、塑性和导电性能优异。

本发明所述CNTs/Cu复合板材的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将选取的纯铜丝放入酒精中清洗以去除油污，然后用砂纸打磨而后再用酒精清洗去除铜丝表面的氧化膜，保证铜丝表面无氧化物，随后将铜丝烘干，然后编织成铜网。

（2）将浓硫酸和浓硝酸混合，然后加入原始碳纳米管，置于水浴锅中加热，超声处理；之后将混合酸液倒入蒸馏水中，稀释并抽滤，将抽滤得到的CNTs继续置于蒸馏水中搅拌，再进行清洗并抽滤，重复此过程直至溶液变为中性，最后将CNTs在真空条件下烘干备用。

（3）称取步骤（2）中所述CNTs，并称取硝酸铝，将二者溶于酒精中超声处理制成电泳液。

（4）将步骤（1）编成的铜网置于电泳槽中，倒入电泳液，阳极为不锈钢板，阴极为铜网，保持阴极和阳极的距离为5cm，将碳纳米管均匀沉积在铜网上，而后将铜网烘干备用。

（5）将步骤（4）中的铜网经过多次折叠后置于热压机中缓慢加压并加热，然后重复此折叠热压过程，使CNTs/Cu界面结合效果进一步提高，从而提高材料性能，最终制备得到CNTs/Cu复合板材；所述CNTs/Cu复合板材是将CNTs沉积到铜网上热压而成，由于铜网的特殊结构，可以有效的将CNTs包裹其中

优选的，本发明步骤（1）中所述纯铜丝的直径为0.1~0.8mm。

优选的，本发明步骤（2）中浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:1，超声时间为4h，每100ml酸洗液酸洗1g碳纳米管，烘干温度为40~50℃；其中浓硫酸和浓硝酸为市售分析纯。