專利名稱：一種納米碳管－金屬復(fù)合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米碳管技術(shù)，特別提供了一種利用鍍液中懸浮納米碳管同時(shí)構(gòu)成復(fù)合陰極和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以電鍍技術(shù)制備納米碳管-金屬復(fù)合物的方法。
背景技術(shù)：
納米碳管獨(dú)特具有的物理和化學(xué)特性，被期望用于納米碳管-金屬基增強(qiáng)材料、納米電子器件、磁性材料和催化等領(lǐng)域。將金屬均勻沉積于納米碳管表面能夠增強(qiáng)納米碳管與其它金屬材料的相溶性，降低納米碳管的歐姆接觸電阻，因而是開拓納米碳管在高強(qiáng)度復(fù)合材料、納米電子器件、高性能磁性材料和催化等領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)重要方面。
目前制備納米碳管-金屬復(fù)合物的方法有電子束蒸發(fā)沉積法和化學(xué)鍍法等，前者雖然能夠在納米碳管表面獲得均勻的鍍層，但由于設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜難控，因而很難得以廣泛應(yīng)用。由于普遍認(rèn)為納米碳管的化學(xué)活性較低，因此化學(xué)鍍方法成為目前研究較多的一種制備納米碳管-金屬復(fù)合物的有效方法，一些作者已經(jīng)應(yīng)用此方法成功制備出納米碳管與Cu，Ni和Co的復(fù)合物。然而應(yīng)用此方法時(shí)，必須對納米碳管進(jìn)行提純、活化和敏化等鍍前處理工藝而使此方法變得相對復(fù)雜和不易控制，同時(shí)由于采用敏化工藝，在納米碳管表面形成了含Pd，Sn和P的中間層，不能獲得欲鍍金屬與納米碳管界面直接作用形成的復(fù)合物，因而可能影響納米碳管-金屬復(fù)合物的性能。另外，因?yàn)楸仨毑捎觅F金屬Pd對納米碳管表面進(jìn)行敏化，也使該方法避免不了高成本和污染環(huán)境等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法，該方法工藝路線簡單、生產(chǎn)成本低、效率高，環(huán)境污染低，可以廣泛用于制備納米碳管和鎳、鈷、銅、銀、錫等金屬的復(fù)合物。
具體地，本發(fā)明提供了一種納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法，其特征在于——將納米碳管懸浮分散于電鍍液中，使分散于電鍍液中呈連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)狀分布的納米碳管與金屬陰極板之間共同構(gòu)成復(fù)合陰極，電鍍液中納米碳管的含量在0.5g/L～6.0g/L；——采用電鍍技術(shù)將金屬電鍍到納米碳管上制備出納米碳管-金屬復(fù)合物。
本發(fā)明納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法中，所述分散最好采用超聲波分散。
本發(fā)明納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法中，施鍍前最好將納米碳管放入丙酮或乙醇溶劑中進(jìn)行進(jìn)行除油處理；除油處理最好在超聲波中進(jìn)行。
本發(fā)明納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法中，電鍍液及施鍍條件的選擇依所需施鍍金屬的不同而不同，任何已知的鍍液均可以選用。
本發(fā)明將納米碳管放入預(yù)先配制好的金屬鍍液中，然后經(jīng)超聲分散形成含懸浮納米碳管的金屬鍍液。鍍浴中的懸浮納米碳管含量必須能夠使陰極和陽極之間形成由懸浮納米碳管構(gòu)成的連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，由于納米碳管具有良好的導(dǎo)電性和電極界面雙電層的存在，在陰極界面，納米碳管與金屬陰極構(gòu)成了復(fù)合式電極。在施鍍過程中，因?yàn)榧{米碳管構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的存在，電子能夠通過納米碳管在陰、陽極間傳輸，因而鍍液中的金屬離子能夠從納米碳管獲得電子而沉積在納米碳管表面，從而形成金屬包覆的納米碳管-金屬復(fù)合物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1、工藝路線簡單，環(huán)境污染小。此方法無須對納米碳管進(jìn)行提純、活化，以及用錫鹽和鈀鹽進(jìn)行活化和敏化等處理，只需對制備的納米碳管進(jìn)行簡單的除油、清洗及分散等鍍前處理，即可進(jìn)行施鍍，制備納米碳管-金屬復(fù)合物。
2、生產(chǎn)成本低，效率高。制備工藝中不需要使用貴金屬鈀，生產(chǎn)設(shè)備只需普通的恒流恒壓電源，因此該方法具有較低的生產(chǎn)成本。因避免了提純、活化等復(fù)雜的鍍前處理工藝，同時(shí)采用了高含量納米碳管的鍍液，因而生產(chǎn)效率顯著提高。
3、制備的納米碳管-金屬的復(fù)合物為金屬和納米碳管界面的直接作用形成，并且無其它雜質(zhì)被引入，因而該方法制備的復(fù)合物更純凈，也相應(yīng)具有更好的性能。化學(xué)鍍方法采用錫鹽和鈀鹽對納米碳管進(jìn)行活化和敏化，首先在納米碳管表面形成含錫和鈀的過度層，然后在過度層上沉積欲鍍金屬制備納米碳管-金屬復(fù)合物。本發(fā)明方法無須用錫鹽和鈀鹽對納米碳管進(jìn)行活化和敏化，而是直接在納米碳管表面沉積欲鍍金屬，因而能夠獲得金屬和納米碳管界面直接作用形成的納米碳管-金屬復(fù)合物，同時(shí)也避免了錫和鈀等雜質(zhì)的引入。


圖1為納米碳管-鎳復(fù)合物掃描電鏡照片；圖2為電弧法制備的納米碳管掃描電鏡照片；圖3為納米碳管-鎳復(fù)合物的表面能譜；圖4為納米碳管-銅復(fù)合物掃描電鏡照片；圖5為納米碳管-銀復(fù)合物掃描電鏡照片；圖6為納米碳管-鈷復(fù)合物掃描電鏡照片；圖7為納米碳管-錫復(fù)合物掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式將電弧法或有機(jī)物催化裂解法生產(chǎn)的納米碳管放入丙酮或乙醇等溶劑中進(jìn)行超聲波溶解和分散，在溶解和分散一段時(shí)間后，進(jìn)行多次過濾和清洗，以除去溶液中的有機(jī)溶劑；再將清洗、過濾后的納米碳管在恒溫(60～80C)下烘干。
實(shí)施例1 納米碳管-鎳復(fù)合物制備稱取1.0克經(jīng)清洗、除油后的納米碳管，放入1L鍍鎳液中(鍍鎳液組成NiSO4.6H2O 135g/L；NiCl2.H2O 28g/L；H3BO316g/L)，配置成納米碳管含量為1.0g/L懸浮納米碳管鍍液；將陽極鎳板，陰極純銅片平行并保持一定間距的放置鍍浴中，分別連接陰、氧極于恒流、恒壓電源設(shè)備的負(fù)極和正極，再將鍍液加熱至35-40℃；然后以20A/dm2電流密度施鍍10分鐘；施鍍完成后，將陰極取出，剝離陰極表面沉積的產(chǎn)物，將其放入燒杯中，再對其進(jìn)行多次清洗和過濾，最后將其在真空干燥箱中，在60C下恒溫24小時(shí)干燥。
根據(jù)按上述方法制備的產(chǎn)物的掃描電鏡照片(圖1)，和電弧法制備的納米碳管的掃描電鏡照片(圖2)的對比，可以看出，納米碳管經(jīng)采用本方法和鎳復(fù)合后，平均直徑由100nm左右增加至200nm左右，金屬鎳被均勻的沉積于納米碳管表面。表面能譜分析(圖3)也證實(shí)納米碳管表面沉積的物質(zhì)只有金屬鎳。
實(shí)施例2 納米碳管-銅復(fù)合物的制備稱取1.5克經(jīng)清洗、除油后的納米碳管，放入1L鍍銅液中(鍍銅液組成CuCN 40g/L；KCN 20g/L；Na2CO3100g/L)，超聲分散配置成納米碳管含量為1.5g/L的懸浮納米碳管鍍液；將陽極純銅板，陰極純銅片平行并保持一定間距的放置鍍浴中，分別連接陰、氧極于恒流、恒壓電源設(shè)備的負(fù)極和正極，再將鍍液加熱至40-60℃；然后以2.5A/dm2電流密度施鍍10分鐘；施鍍完成后，將陰極取出，剝離陰極表面沉積的產(chǎn)物，將其放入燒杯中，再對其進(jìn)行多次清洗和過濾，最后將其在真空干燥箱中，在60C下恒溫24小時(shí)干燥，產(chǎn)物的掃描電鏡照片見圖4。
實(shí)施例3 納米碳管-銀復(fù)合物的制備稱取3.2克經(jīng)清洗、除油后的納米碳管，放入1L鍍銀液中(鍍銀液組成KAg(CN)250g/L；KCN 80g/L；K2CO310g/L)，超聲分散配置成納米碳管含量為3.2g/L的懸浮納米碳管鍍液；將陽極銀板，陰極純銅片平行并保持一定間距的放置鍍浴中，分別連接陰、氧極于恒流、恒壓電源設(shè)備的負(fù)極和正極，再將鍍液加熱至20-30℃；然后以0.5A/dm2電流密度施鍍10分鐘；施鍍完成后，將陰極取出，剝離陰極表面沉積的產(chǎn)物，將其放入燒杯中，再對其進(jìn)行多次清洗和過濾，最后將其在真空干燥箱中，在60C下恒溫24小時(shí)干燥，產(chǎn)物的掃描電鏡照片見圖5。
實(shí)施例4 納米碳管-鈷復(fù)合物的制備稱取3.2克經(jīng)清洗、除油后的納米碳管，放入1L鍍鈷液中(鍍鈷液組成CoSO4.6H2O 150g/L；H3PO450g/L；H3PO315g/L)，超聲分散配置成納米碳管含量為3.2g/L的懸浮納米碳管鍍液；將陽極鈷板，陰極純銅片平行并保持一定間距的放置鍍浴中，分別連接陰、氧極于恒流、恒壓電源設(shè)備的負(fù)極和正極，再將鍍液加熱至20-30℃；然后以0.5A/dm2電流密度施鍍10分鐘；施鍍完成后，將陰極取出，剝離陰極表面沉積的產(chǎn)物，將其放入燒杯中，再對其進(jìn)行多次清洗和過濾，最后將其在真空干燥箱中，在60C下恒溫24小時(shí)干燥，產(chǎn)物的掃描電鏡照片見圖6。
實(shí)施例5 納米碳管-錫復(fù)合物的制備稱取2.1克經(jīng)清洗、除油后的納米碳管，放入1L鍍錫液中(鍍錫液組成SnSO450g/L；H2SO4100g/L)，超聲分散配置成納米碳管含量為2.1g/L的懸浮納米碳管鍍液；將陽極錫板，陰極純銅片平行并保持一定間距的放置鍍浴中，分別連接陰、氧極于恒流、恒壓電源設(shè)備的負(fù)極和正極，再將鍍液加熱至60-80℃；然后以1.5A/dm2電流密度施鍍10分鐘；施鍍完成后，將陰極取出，剝離陰極表面沉積的產(chǎn)物，將其放入燒杯中，再對其進(jìn)行多次清洗和過濾，最后將其在真空干燥箱中，在60C下恒溫24小時(shí)干燥，產(chǎn)物的掃描電鏡照片見圖7。
權(quán)利要求
1.一種納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法，其特征在于——將納米碳管懸浮分散于電鍍液中，使分散于電鍍液中呈導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)狀分布的納米碳管與金屬陰極板之間共同構(gòu)成復(fù)合陰極，電鍍液中納米碳管的含量在0.5g/L～6.0g/L；——采用電鍍技術(shù)將金屬電鍍到納米碳管上制備出納米碳管-金屬復(fù)合物。
2.按照權(quán)利要求1所述納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法，其特征在于所述分散采用超聲波分散。
3.按照權(quán)利要求1或2所述納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法，其特征在于施鍍前將納米碳管放入丙酮或乙醇溶劑中進(jìn)行除油處理。
4.按照權(quán)利要求3所述納米碳管-金屬復(fù)合物的制備方法，其特征在于所述除油處理在超聲波中進(jìn)行。
全文摘要
一種納米碳管－金屬復(fù)合物的制備方法，其特征在于將納米碳管懸浮分散于電鍍液中，使分散于電鍍液中呈導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)狀分布的納米碳管與金屬陰極板之間共同構(gòu)成復(fù)合陰極，電鍍液中納米碳管的含量在0.5g/L～6.0g/L；采用電鍍技術(shù)將金屬電鍍到納米碳管上制備出納米碳管－金屬復(fù)合物。本發(fā)明方法工藝路線簡單、生產(chǎn)成本低、效率高，環(huán)境污染低，可以廣泛用于制備納米碳管和鎳、鈷、銅、銀、錫等金屬的復(fù)合物。
文檔編號C04B35/628GK1782136SQ200410082828
公開日2006年6月7日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者李洪錫, 安百剛 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所