專利名稱：多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法
技術領域：
本發明涉及一種多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法。經化學鍍鎳鋅的納米碳管可與鎂、鋁等有色金屬基體高強度結合，成為制備高力學性能、輕質量的復合材料的理想增強體，在化工、機械、汽車等工業和航空航天技術方面具有廣闊的應用前景。
背景技術：
納米碳管與金屬直接復合形成的界面脆弱，得不到理想的力學性能。若在納米碳管表面鍍覆金屬，使其成為納米碳管與基體結合的介質，則可解決碳納米管與金屬基體之間的高強度結合問題。
目前，有關在納米碳管表面鍍鎳研究報道較多，取得了一定的成果。但表面鍍鎳納米碳管加入到金屬基體材料中不可避免地要帶入鎳，尤其是在納米碳管加入量較多或加入到鎂、鋁等有色金屬中時，由于鎳在鎂、鋁等有色金屬是雜質，必然會影響復合材料的綜合性能，因此，尋找替代鎳的鍍層是非常必要的。幾乎所有的有色合金都可將鋅作為合金元素，表面鍍鋅的納米碳管必將具有更廣闊的應用前景。但鋅的化學電位較高，很難發生氧化還原反應，在納米碳管表面鍍鋅較難，目前未發現有關在納米碳管表面鍍鎳鋅的研究報道。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，原始納米碳管表面附有碳多面體納米顆粒、碳洋蔥，以及無定形炭等雜質，使其凹凸不平。又因為納米碳管表面曲率大，不易起鍍，鍍層不均勻，附著性差；并且納米碳管直徑較細，分散困難，其石墨化結構也使其反應活性極低，很難獲得連續性致密性好的鍍層。
本發明的目的是提供一種多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，可以得到連續致密鍍層，在用作金屬基復合材料增強體時，可以和金屬基體緊密結合，充分發揮其優良特性。且該法操作方便，工藝簡單，還具有優良的均鍍和深鍍能力。因此很適合納米碳管的表面鍍覆處理。
本發明所采用的技術方案是一種多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于a.首先在鍍鎳鋅之前對碳納米管進行預處理，通過純化、氧化處理獲得較純凈納米碳管，再通過活化、敏化處理在納米碳管表面形成催化金屬核；b.將預處理后的納米碳管加入鎳鋅鍍液中，反應過程用超聲波振蕩器充分分散，Ni-Zn-P在納米碳管表面的催化金屬核上沉積并長大，繼而形成連續結合鍍層，鎳的自催化活性使沉積持續進行，從而得到較厚的鍍層；具體步驟如下首先對納米碳管進行純化處理，將納米碳管投入濃度為1-3mol/L的NaOH水溶液，在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，超聲方式為每超聲30秒，停30秒；加熱0.2-2小時，冷卻至室溫；用去離子水洗滌至中性；將洗凈的粉末置于真空干燥箱干燥；將經純化處理的5-15克納米碳管加入250mL濃硝酸中進行氧化處理，加熱至60℃以上5-0分鐘；在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，靜置20-30小時；用去離子水洗滌至中性；將洗凈的粉末置于真空干燥箱干燥；對經氧化處理的納米碳管進行敏化活化處理在室溫下，將0.2-2克經氧化后的納米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超聲波振蕩器充分分散；過濾后，將其加入400ml活化液(0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl)中，利用超聲波振蕩器充分分散，反應結束后用去離子水清洗至中性；將預處理后的納米碳管加入如下配方的鎳鋅鍍液中，反應過程用超聲波振蕩器充分分散，鍍鎳鋅組分和條件
。
如上所述多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于每100mL鍍液中加入0.005-0.05克納米碳管，反應過程用超聲波振蕩器充分分散。
如上所述多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于鍍覆時最佳裝載量為100毫升鍍液中加入0.01-0.03克納米碳管。此時鍍液分散較好，且施鍍過程中鍍液沒有出現粘稠現象。
如上所述多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于對鍍后納米碳管進行退火處理，以獲得更為連續和致密的化學鍍層；退火條件是溫度600℃，壓力14.7KPa，在真空爐中進行，保溫時間為1小時，降溫時間為2小時。
采用本方法可以得到連續致密鍍層，在用作金屬基復合材料增強體時，可以和金屬基體緊密結合，充分發揮其優良特性。且該法操作方便，工藝簡單，還具有優良的均鍍和深鍍能力。因此很適合納米碳管的表面鍍覆處理。
具體實施例方式
多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的工藝步驟如下1.純化處理采用堿液去除納米碳管表面脂肪質物質。將納米碳管投入濃度為1-3mol/L的NaOH水溶液，在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，超聲方式為每超聲30秒，停30秒；加熱0.2-2小時，冷卻至室溫；用去離子水洗滌至中性；將洗凈的粉末置于真空干燥箱干燥；較好的取值為將納米碳管投入濃度為2mol/L的NaOH水溶液，在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，超聲方式為每超聲30秒，停30秒；加熱1小時，冷卻至室溫。
2.將經純化處理的5-15克納米碳管加入250mL濃硝酸中進行氧化處理，加熱至60℃以上560分鐘；在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，靜置20-30小時；用去離子水洗滌至中性；將洗凈的粉末置于真空干燥箱干燥；較好的取值為將10克納米碳管加入250mL濃硝酸中進行氧化處理，加熱至60℃以上15分鐘；在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，靜置24小時。
3.敏化活化處理對經氧化處理的納米碳管進行敏化活化處理在室溫下，將0.2-2克經氧化后的納米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超聲波振蕩器充分分散；過濾后，將其加入400ml活化液(0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl)中，利用超聲波振蕩器充分分散，反應結束后用去離子水清洗至中性。
較好的取值為將1克經氧化的納米碳管加入400ml敏化液(4克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超聲波振蕩器充分分散；過濾后，將其加入400ml活化液(0.19克PdCl2+17.2ml HCl)中。
4.將預處理后的納米碳管加入下表1配方的鍍液中，裝載量為每100mL鍍液中加入0.005-0.05克納米碳管，反應過程用超聲波振蕩器充分分散。
鍍覆時最佳裝載量為100毫升鍍液中加入0.01-0.03克納米碳管。此時鍍液分散較好，且施鍍過程中鍍液沒有出現粘稠現象。
表1鍍鎳鋅組分和條件
5.對鍍后納米碳管進行退火處理，以獲得更為連續、致密的化學鍍層。退火條件是溫度600℃，壓力14.7KPa，在真空爐中進行，保溫時間為1小時，降溫時間為2小時。
利用透射電鏡觀察對比鍍前后及熱處理前后鍍層形貌，可以看到鍍后納米碳管外表面復合鍍層包覆率高，包覆完整。說明該法鍍鎳鋅有較強的均鍍能力。熱處理后鍍層連續、致密、光滑。用電子能譜分析測試鍍層的組成，可知鍍層表面有鎳及鋅元素存在。通過電子束在納米碳管鍍層表面縱向掃描，從鎳元素能級跳躍可觀測到在鍍層表面有大量的鎳存在，從鈷元素能級跳躍也可觀測到鍍層表面有鋅存在。由此可推斷，鍍后碳納米管外表面被鎳鋅合金緊密均勻包覆，熱處理可使鍍層連續、致密、光滑。
權利要求
1.一種多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于a.首先在鍍鎳鋅之前對碳納米管進行預處理，通過純化、氧化處理獲得較純凈納米碳管，再通過活化、敏化處理在納米碳管表面形成催化金屬核；b.將預處理后的納米碳管加入鎳鋅鍍液中，反應過程用超聲波振蕩器充分分散，Ni-Zn-P在納米碳管表面的催化金屬核上沉積并長大，繼而形成連續結合鍍層，鎳的自催化活性使沉積持續進行，從而得到較厚的鍍層；具體步驟如下首先對納米碳管進行純化處理，將納米碳管投入濃度為1-3mol/L的NaOH水溶液，在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，超聲方式為每超聲30秒，停30秒；加熱0.2-2小時，冷卻至室溫；用去離子水洗滌至中性；將洗凈的粉末置于真空干燥箱干燥；將經純化處理的5-15克納米碳管加入250mL濃硝酸中進行氧化處理，加熱至60℃以上5-0分鐘；在超聲波振蕩器中振蕩充分分散，靜置20-30小時；用去離子水洗滌至中性；將洗凈的粉末置于真空干燥箱干燥；對經氧化處理的納米碳管進行敏化活化處理在室溫下，將0.2-2克經氧化后的納米碳管加入400ml敏化液(2-8克SnCl2·2H2O+37.66mlHCl)中，利用超聲波振蕩器充分分散；過濾后，將其加入400ml活化液(0.05-0.5克PdCl2+17.2mlHCl)中，利用超聲波振蕩器充分分散，反應結束后用去離子水清洗至中性；將預處理后的納米碳管加入如下配方的鎳鋅鍍液中，反應過程用超聲波振蕩器充分分散；鍍鎳鋅組分和條件配方 成分含量g/LNiSO4·7H2O30-50NaH2PO2·H2O 60-80檸檬酸鈉 150-170(NH4)2SO470-90ZnSO490-110PH值8.8～9.2，溫度30～40℃。
2.如權利要求1所述多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于每100mL鍍液中加入0.005-0.05克納米碳管，反應過程用超聲波振蕩器充分分散。
3.如權利要求2所述多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于鍍覆時裝載量為100毫升鍍液中加入0.01-0.03克納米碳管。
4.如權利要求1或2或3所述多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于對鍍后納米碳管進行退火處理，以獲得更為連續和致密的化學鍍層，退火條件是溫度600℃，壓力14.7KPa，在真空爐中進行，保溫時間為1小時，降溫時間為2小時。
全文摘要
一種多壁納米碳管表面化學鍍鎳鋅的方法，其特征在于a.首先在鍍鎳鋅之前對碳納米管進行預處理，通過純化、氧化處理獲得較純凈納米碳管，再通過活化、敏化處理在納米碳管表面形成催化金屬核；b.將預處理后的納米碳管加入鎳鋅鍍液中，反應過程用超聲波振蕩器充分分散，Ni－Zn－P在納米碳管表面的催化金屬核上沉積并長大，繼而形成連續結合鍍層，鎳的自催化活性使沉積持續進行，從而得到較厚的鍍層。將經過以上處理的納米碳管用作金屬基復合材料增強體時，可以和金屬基體緊密結合，充分發揮其優良特性。
文檔編號C23C18/18GK101058873SQ20071005222
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月23日 優先權日2007年5月23日
發明者李四年, 鄭重, 陳慧敏 申請人:湖北工業大學