復(fù)合電沉積法制備銅-碳納米管薄膜及其形成機(jī)理研究.pdf

1、多壁碳納米管(MWCNT)以其獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)特性以及一維分子結(jié)構(gòu)，在未來(lái)復(fù)合材料領(lǐng)域中具有許多潛在的應(yīng)用價(jià)值。如今，金屬/碳納米管復(fù)合材料由于具有比純金屬更優(yōu)異的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能而受到廣泛的關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)利用電沉積技術(shù)(直流電沉積、脈沖電沉積)從含有碳納米管的酸性硫酸銅電鍍液中制備了銅/碳納米管復(fù)合薄膜。本文研究了電沉積過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)對(duì)復(fù)合薄膜效果的影響，如碳納米管在復(fù)合電鍍液中的濃度、電鍍液pH值、電流密度、電沉積時(shí)間等。同時(shí)

2、，本文通過(guò)Zeta電位測(cè)試、陰極極化測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試和交流阻抗測(cè)試對(duì)碳納米管與金屬銅復(fù)合電沉積過(guò)程的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。本研究還重點(diǎn)考察了第二相粒子在復(fù)合電沉積過(guò)程中的行為與作用，并詳細(xì)描述了銅/碳納米管復(fù)合電沉積的關(guān)鍵步驟。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析從而得出以下結(jié)論：
　　 脈沖電沉積相比直流電沉積而言，能夠獲得結(jié)構(gòu)致密、碳納米管含量較高且分散均一的銅/碳納米管復(fù)合薄膜。正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，最佳的工藝參數(shù)是：碳納米管在復(fù)合電鍍液中

3、的濃度為1.0 g·L-1，脈沖電流Jp=20 A·dm-2，脈沖導(dǎo)通時(shí)間ton=40 ms，脈沖關(guān)斷時(shí)間toff=960 ms。制得的銅/碳納米管復(fù)合薄膜中，碳納米管均勻地分布在已沉積的金屬銅層上。碳納米管的一端鑲嵌于金屬銅鍍層內(nèi)，另一端探出金屬銅鍍層外。這種兩相結(jié)合方式有利于發(fā)揮碳納米管優(yōu)良的導(dǎo)電性能。
　　 通過(guò)三個(gè)經(jīng)典的電化學(xué)測(cè)試可知，碳納米管的存在對(duì)銅的還原過(guò)程具有促進(jìn)作用，從而推動(dòng)復(fù)合電沉積過(guò)程的進(jìn)行。復(fù)合電沉積的形