專利名稱：一種碳納米管表面鍍鎳膜改性的方法
技術領域：
本發明屬于粉末冶金技術領域，特別是涉及到一種通過碳納米管表面的改性工藝來制備復合碳納米管的方法。
背景技術：
金屬有機化學氣相沉積技術(MOCVD)具有制備大面積均勻薄膜，按設定比例控制材料成分，靈活的氣源控制，反應氣體壓力可調，熱解沉積材料純度高，沉積速率快等優點而在納米材料，薄膜制備和表面改性等方面有著廣泛的應用。四羰基鎳是由過渡族金屬鎳與一氧化碳形成的配合物，在較低的溫度下就能氣化并解離成金屬鎳和一氧化碳。因此，以四羰基鎳為前驅體，利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法可制得高純、致密的鎳薄膜。碳納米管是一種一維納米材料，由石墨中一層或多層碳原子卷曲而成，重量輕，結 構完整性好，具有許多優異的力學性能和電學性能，具有極高的韌性，很高的熱穩定性和較大的比表面積。碳納米管以其獨特的力學、熱學和電學性能而廣泛應用于納米電子材料、結構材料和各種復合材料。把碳納米管作為金屬基復合材料的增強相，可顯著提高復合材料的強度而電導率較純金屬下降不大。但碳納米管與金屬基體的界面結合不理想，以四羰基鎳為前驅體，應用金屬有機化學氣相沉積技術(MOCVD)在碳納米管表面熱解四羰基鎳制備一層或多層鎳薄膜可顯著改善碳納米管與金屬基體的界面結合情況，更有利于提高碳納米管增強金屬基復合材料的性能。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種通過碳納米管表面通過四羰基鎳絡合物的氣相沉積制備表面覆鎳膜的碳納米管的方法。該碳納米管表面鍍鎳膜改性工藝改善了碳納米管與金屬基體結合性不佳的問題。一種碳納米管表面鍍鎳膜改性的方法，其特征是具體工藝步驟為步驟一、首先將碳納米管放入氣相沉積室,并以100ml/min的流量通惰性吹掃氣，用惰性吹掃氣來置換氣相沉積室內的空氣，置換操作進行5min，然后加熱升溫氣相沉積室的溫度至100°C 180°C，并保持恒溫lOmin，停止惰性吹掃氣；步驟二、以惰性氣體為載帶氣，將氣化的四羰基鎳載入氣相沉積室，使四羰基鎳在碳納米管表面吸附并熱分解為金屬鎳，保持2min 30min，然后停止加熱，并停止氣態四羰基鎳及載帶氣體供應系統；步驟三、切換步驟二中氣相沉積室的氣體供應系統，通入惰性吹掃氣至20°C 30°C，即得到表面鍍鎳膜的碳納米管。所述的惰性吹掃氣為氮氣，載帶氣為氬氣；四羰基鎳的氣化通過水浴實現，其氣化溫度為0°c 30°C。惰性氣體載帶氣流量通過氣體流量計控制，其流量為lOOml/min 300ml/mino
通過上述設計方案，本發明可以帶來如下有益效果本發明的覆膜鎳金屬薄膜碳納米管應用于金屬基復合材料中，可顯著增強金屬基復合材料的抗拉強度而電導率較純金屬材料下降較小。本發明的優點主要體現在采用四羰基鎳為前驅體的金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)在碳納米管表面沉積鎳薄膜時，沉積溫度低，沉積速率快，氣態四羰基鎳和載氣流量可控，碳納米管表面膜層均勻、致密，較液相法鍍的鎳膜純度高、活性好、膜厚度可控，易于實現碳納米管與金屬基體之間的良好結合。
具體實施例方式實施例I將Ig純度> 99%、外徑IOnm單壁碳納米管放入Φ80ι πιΧ 200mm的氣相沉積室,密封系統，以lOOml/min的流量通惰性吹掃氣置換氣相沉積室的空氣5min，然后加熱升溫沉積室溫度至100°C，恒溫lOmin，停止吹掃氣；以流量為300ml/min的氮氣為載帶氣，將0°C水浴氣化的四羰基鎳載入氣相沉積室，使四羰基鎳在碳納米管表面吸附并熱分解為金屬鎳，保持30min，然后停止加熱，并停止氣態四羰基鎳及載帶氣體供應系統，切換通入惰性吹掃氣至30°C，即得到表面鍍鎳膜的碳納米管。把制備的表面鍍鎳膜的碳納米管添加到一200目純Al粉中，通過放電等離子燒結法制備了改性碳納米管增強Al基復合材料，復合材料的抗拉強度較純Al提高21%，而電導率較純Al下降約6. 3%。實施例2將2g純度> 99%、外徑20nm多壁碳納米管放入Φ80mmX 200mm的氣相沉積室，密封系統，以lOOml/min的流量通惰性吹掃氣置換氣相沉積室的空氣5min，然后加熱升溫沉積室溫度至150°C，恒溫lOmin，停止吹掃氣；以流量為200ml/min的氮氣為載帶氣，將10°C水浴氣化的四羰基鎳載入氣相沉積室，使四羰基鎳在碳納米管表面吸附并熱分解為金屬鎳，保持lOmin，然后停止加熱，并停止氣態四羰基鎳及載帶氣體供應系統，切換通入惰性吹掃氣至25°C，即得到表面鍍鎳膜的碳納米管。把制備的表面鍍鎳膜的碳納米管以O. 5%(質量百分比)添加到一 200目純Al粉中，通過放電等離子燒結法制備了改性碳納米管增強Al基復合材料，復合材料的抗拉強度較純Al提高25%，而電導率較純Al下降約2%。實施例3將Ig純度> 99%、外徑IOnm單壁碳納米管放入Φ80ι πιΧ 200mm的氣相沉積室,密封系統，以lOOml/min的流量通惰性吹掃氣置換氣相沉積室的空氣5min，然后加熱升溫沉積室溫度至180°C，恒溫lOmin，停止吹掃氣；以流量為lOOml/min的氮氣為載帶氣，將20°C水浴氣化的四羰基鎳載入氣相沉積室，使四羰基鎳在碳納米管表面吸附并熱分解為金屬鎳，保持2min，然后停止加熱，并停止氣態四羰基鎳及載帶氣體供應系統，切換通入惰性吹掃氣至20°C，即得到表面鍍鎳膜的碳納米管。把制備的表面鍍鎳膜的碳納米管添加到純度大于99. 6%的-200目Cu粉中，通過放電等離子燒結法制備了改性碳納米管增強Cu基復合材料，復合材料的抗拉強度較純Cu提高了 95%，而電導率較純Cu下降約10%。實施例4將3g純度> 99%、外徑20nm多壁碳納米管放入Φ80mmX 200mm的氣相沉積室，密封系統，以lOOml/min的流量通惰性吹掃氣置換氣相沉積室的空氣5min，然后加熱升溫沉積室溫度至140°C，恒溫lOmin，停止吹掃氣；以流量為120ml/min的氮氣為載帶氣，將30°C水浴氣化的四羰基鎳載入氣相沉積室，使四羰基鎳在碳納米管表面吸附并熱分解為金屬鎳，保持5min，然后停止加熱，并停止氣態四羰基鎳及載帶氣體供應系統，切換通入惰性吹掃氣至25°C，即得到表面鍍鎳膜的碳納米管。把制備的表面鍍鎳膜的碳納米管添加到純度 大于99. 6%的-200目Cu粉中，通過放電等離子燒結法制備了改性碳納米管增強Cu基復合材料，復合材料的抗拉強度較純Cu提高了 98%，而電導率較純Cu下降約8%。
權利要求
1.一種碳納米管表面鍍鎳膜改性的方法，其特征是 具體工藝步驟為 步驟一、首先將碳納米管放入氣相沉積室，并以100ml/min的流量通惰性吹掃氣，用惰性吹掃氣來置換氣相沉積室內的空氣，置換操作進行5min，然后加熱升溫氣相沉積室的溫度至100°C 180°C，并保持恒溫lOmin，停止惰性吹掃氣； 步驟二、以惰性氣體為載帶氣，將氣化的四羰基鎳載入氣相沉積室，使四羰基鎳在碳納米管表面吸附并熱分解為金屬鎳，保持2min 30min，然后停止加熱，并停止氣態四羰基鎳及載帶氣體供應系統； 步驟三、切換步驟二中氣相沉積室的氣體供應系統，通入惰性吹掃氣至20°C 30°C，即得到表面鍍鎳膜的碳納米管。
2.根據權利要求I所述的一種碳納米管表面鍍鎳膜改性的方法，其特征是所述的惰性吹掃氣為氮氣，載帶氣為氬氣。
3.根據權利要求I所述的一種碳納米管表面鍍鎳膜改性的方法，其特征是四羰基鎳的氣化通過水浴實現，其氣化溫度為0°c 30°C。
4.根據權利要求I所述的一種碳納米管表面鍍鎳膜改性的方法,其特征是惰性氣體載帶氣流量通過氣體流量計控制，其流量為100ml/min 300ml/min。
全文摘要
一種碳納米管表面鍍鎳膜改性的方法，屬于粉末冶金技術領域。方法為首先將碳納米管放入氣相沉積室，并通惰性氣體置換氣相沉積室的空氣5min，然后加熱升溫沉積室溫度至100℃～180℃；以惰性氣體為載帶氣，將氣化的四羰基鎳載入氣相沉積室，使四羰基鎳在碳納米管表面吸附并熱分解為金屬鎳，保持2min～30min，即得到表面鍍鎳膜的碳納米管。優點為采用四羰基鎳為前驅體的金屬有機化學氣相沉積法，在碳納米管表面沉積鎳薄膜時，沉積溫度低，沉積速率快，氣態四羰基鎳和載氣流量可控，碳納米管表面膜層均勻、致密，較液相法鍍的鎳膜純度高、活性好、膜厚度可控，易于實現碳納米管與金屬基體之間的良好結合。
文檔編號C01B31/02GK102925872SQ201210480048
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者袁鳳艷, 李金普, 孟慶偉, 李 一, 鄭難忘, 柳學全, 高士龍, 李楠, 丁存光 申請人:吉林吉恩鎳業股份有限公司