磁场下高强高导铜-纳米碳管复合材料的制备方法及装置

摘要

本发明公开了一种磁场下制备高强高导铜-纳米碳管复合材料的方法和装置，通过添加分散剂使纳米碳管微粒表面形成双分子层结构，外层分散剂极性端与镀液有较强亲合力，增加了纳米碳管微粒被镀液润湿的程度，有助于其均匀弥散分布。电镀过程中施加的磁场与电场交互作用产生洛仑兹力引起的磁流体动力学效应增强了镀液的传质作用，提高了镀液的均匀性，纳米碳管微粒在上述力作用下沿轴向拉伸，在磁场作用下定向有序排列；同时复合电沉积纳米碳管微粒与金属带基板间附着力因磁场作用而增大，提高铜-纳米碳管复合镀层的致密性与稳定性；并且由于存在纳米碳管包覆铜离子现象，降低其与金属基板的接触电阻，从而有效提升了铜-纳米碳管复合材料的导电性。

主权项

一种磁场下高强高导铜‑纳米碳管复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a. 电镀液的配制：将浓度为0.75‑0.85mol/L 的CuSO₄水溶液和浓度为0.45‑0.55mol/L的 H₂SO₄溶液混合制成电镀液，然后向电镀液中加入聚丙烯酸分散剂和纳米碳管颗粒材料，其中在电镀液中聚丙烯酸分散剂的加入量为0.1‑0.2g/L，其中向电镀液中加入纳米碳管微粒的加入量为0.5‑2g/L，纳米碳管微粒的平均直径须在100‑150nm范围内，且纳米碳管微粒的平均径长在6‑8μm范围内，然后将电镀液经60‑90min磁力搅拌及90‑120min超声振荡搅拌，使纳米碳管颗粒在电镀液中实现均匀分散，形成铜离子和纳米碳管颗粒的复合材料分散液；b. 电极材料的准备：采用厚度为0.3‑0.5mm的金属带作为阴极，采用厚度为1‑2mm的且纯度大于99.95%的铜片作为阳极，并将阴极和阳极都进行预处理，在预处理时，首先采用酸性洗涤剂浸泡以获得清洁的电极表面，然后用去离子水清洗电极烘干，并在将电极浸入电镀槽前仅对阴极进行2‑3min的活化处理；c. 磁场下电沉积：将在所述步骤a中制备的电镀液注入电镀槽，将在所述步骤b中处理的电极材料安装到电镀系统中，使各电极之间平行设置，阳极的表面积大于浸入电镀液中阴极的表面积，并将电极与电镀槽内电镀液接触，向电镀液施加磁场强度为0.001‑20T的磁场，保持阴极和阳极的间距为15‑25mm，控制阴极的电流密度为1‑5A/dm²，并使电镀液温度保持在25‑60℃，将阴极金属带在电镀液中按照设定的速度移动，使浸入电镀液的金属带部分参与复合电沉积反应，在当前浸入到电镀液中的阴极金属带表面上，同时沉积金属铜和从电镀液中分离出来的纳米碳管微粒，在浸入电镀液的金属带表面沉积生成铜‑纳米碳管复合镀层，磁场的施加使铜‑纳米碳管复合镀层中的纳米碳管微粒有序分布，然后从电镀液中将完成电镀的金属带取出，即得到以金属带为基材的高强高导铜‑纳米碳管复合材料。