一种镀铜的格栅式石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镀铜的格栅式石墨烯。本发明专利技术还公开了一种镀铜的格栅式石墨烯制备方法，步骤包括：1)对石墨烯纳米片表面无敏化和无活化处理，在透射电镜的真空打孔仓，对石墨烯纳米片打孔形成格栅；2)在硫酸铜溶液中加入柠檬酸三钠、四硼酸钠和EDTA，调节PH得到主盐混合溶液；3)往主盐混合溶液中加入催化剂，还原剂，缓冲剂，调节PH得到镀液混合溶液；4)将格栅式石墨烯纳米片放入镀液混合溶液中，然后再加入添加剂；PH控制为10‑15，磁力搅拌，超声分散，过滤取出格栅式石墨烯纳米片；采用去离子水清洗至中性，干燥，制得镀铜的格栅式石墨烯。本发明专利技术的方法，显著提高了镀层效果和导电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种镀铜的格栅式石墨烯及其制备方法
本专利技术属于石墨烯表面镀铜
，涉及一种镀铜的格栅式石墨烯，本专利技术还涉及一种镀铜的格栅式石墨烯制备方法。
技术介绍
化学镀铜是电路板制造中的一种常用工艺，通常也叫沉铜或孔化(PTH)，是一种自身催化性氧化还原反应。同时，化学镀铜技术在表面处理行业中所占的地位不断上升，在电子工业、机械工业、航空航天等各行各业都有着越来越广泛的应用。迄今为止，已经采用许多方法来进行材料的表面金属化，如利用水热法、超声辅助浸渍法、微波法、化学沉积等方法，可在石墨烯纳米片层上引入Pd、Pt、Fe和Sn纳米颗粒，后者作为超级电容器电极材料或催化材料，表现出优异的性能。金属铜具有优异的导热、导电性能，被广泛应用于电气、轻工、机械制造、建筑、国防等工业领域，且成形性能良好，是制备复合材料的重要基体材料，铜基复合材料已成为金属基复合材料领域的重要品种和研究热点之一。且石墨烯存在完美的杂化结构、极高的电导率和电子传输速度，并且制造成本低廉，更具有实际工程应用的价值。而在石墨烯表面镀铜，将进一步改善其导电性、抗蚀性、硬度、催化、储能等物理化学性能，使之不仅可作为一种改善的导电材料，还可以作为耐腐蚀材料、催化剂、电极材料、微波吸收材料等。但在化学镀层工艺阶段还需要加进优化，存在的不足主要包括镀层金属的孔隙多、镀层分散不够致密和均匀、机械结合效果差。通常为了提高复合材料的力学性能，需要在材料表面和金属基体表面建立一种结合力，但是，石墨烯在金属铜中溶解度很差，铜粉和石墨烯材料混合极易产生团聚现象，很难实现均匀分散混合。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种镀铜的格栅式石墨烯，解决了现有石墨烯在表面镀铜过程中，溶解度很差很难实现均匀分散混合的问题。本专利技术的另一目的是提供一种镀铜的格栅式石墨烯制备方法，解决了现有石墨烯在金属铜中溶解度很差，铜粉和石墨烯材料混合极易产生团聚现象，很难实现均匀分散混合，镀层金属存在孔隙多，镀层分散不够致密和均匀和机械结合效果差的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种镀铜的格栅式石墨烯，先对石墨烯纳米片进行处理，获得纯净的石墨烯纳米片后，然后采用聚焦电子束对处理后的石墨烯纳米片穿孔，制备得到格栅式石墨烯纳米片，再对格栅式石墨烯纳米片进行化学镀铜。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种镀铜的格栅式石墨烯制备方法，按照以下步骤实施：步骤1：制备格栅式石墨烯纳米片，对石墨烯纳米片表面采取无敏化和无活化处理，将处理后的石墨烯纳米片放入透射电镜杆，移入透射电镜的真空打孔仓，在石墨烯纳米片上打孔形成格栅，得到格栅式石墨烯纳米片；步骤2：配制主盐混合溶液，在室温下配制质量体积比为10-15g/L的硫酸铜溶液，在该硫酸铜溶液中加入柠檬酸三钠、四硼酸钠和EDTA合计10-15g/L，搅拌混合得到凝胶状混合物；再在凝胶状混合物中加入NaOH溶液调节PH至10-15，搅拌得到主盐混合溶液；步骤3：配制镀液混合溶液，往步骤2制得的主盐混合溶液中加入催化剂硫酸镍或硝酸镍0.8-1.2g/L，还原剂次亚磷酸钠30-35g/L，缓冲剂硼酸30-35g/L，利用NaOH溶液调节PH至10-15，得到镀液混合溶液；步骤4：对格栅式石墨烯纳米片进行镀铜，将步骤1制备的格栅式石墨烯纳米片放入步骤3制得的镀液混合溶液中，然后再加入添加剂聚乙二醇0.6-1.0g/L和亚铁氰化钾0.2-0.6g/L；温度控制为40℃-60℃，PH控制为10-15，磁力搅拌，超声分散，过滤取出格栅式石墨烯纳米片；采用去离子水多次清洗至中性，最后在真空烘箱内干燥，制得镀铜的格栅式石墨烯。本专利技术的有益效果是，包括以下几个方面：1)本专利技术是对制得的石墨烯纳米片利用聚焦电子束对其进行打孔，制备格栅式石墨烯，相比于聚焦离子束方法，该方法可直接在透射电镜中观察所得纳米孔的形貌，并且可以控制打孔式的环境温度及电子束来控制纳米孔的大小及形状。2)采用化学镀铜工艺对格栅式石墨烯添加镀层，制备方法便捷，可控，低成本；制得的格栅式石墨烯镀层金属铜非常均匀，金属铜镶嵌在石墨烯里外，使得原有单一石墨烯层状结构得以改善，致使石墨烯与金属基体表面润湿性较好，减少石墨烯自身发生团聚且分散均匀，形成致密层，表面光洁平滑，无孔隙且机械结合强度高。3)首次将次亚磷酸钠为还原剂化学镀铜技术，克服了以甲醛为还原剂化学镀铜溶液稳定性差、毒害大、废液难于处理等缺点。并且添加的催化剂NiSO4，镀液中的Ni2+被次磷酸钠还原成Ni，与Cu一起沉积到镀层表面，提高镀层效果和导电性能。4)加入的添加剂聚乙二醇可以降低镀层的表面张力，有利于氢气的析出，消除镀层表面的气体留痕，亚铁氰化钾作为添加剂应用于以次亚磷酸钠为还原剂的化学镀铜体系，获得了表面均匀光亮、结构致密、导电性能良好的化学镀铜层，降低了次亚磷酸钠消耗量，节约生产成本，可料广泛应用电子工业、电磁吸波、冶金、金属复合材料等领域。附图说明图1为聚焦电子束制备石墨烯纳米片的示意图。图中，1.石墨烯纳米片，2.纳米孔，3.格栅式石墨烯纳米片。具体实施方式参照图1，本专利技术的石墨烯纳米片1在镀铜前先采用聚焦的电子束打出纳米孔2，得到格栅式石墨烯纳米片3。既可直接在透射电镜中观察所得纳米孔的形貌，又能控制打孔时的环境温度及控制纳米孔的大小及形状。本专利技术对格栅式石墨烯纳米片镀铜的镀液由以下组分组成，主盐为硫酸铜10-15g/L，络合剂柠檬酸三钠、四硼酸钠+EDTA10-15g/L，催化剂硫酸镍或硝酸镍0.8-1.2g/L，还原剂次亚磷酸钠30-35g/L，缓冲剂硼酸30-35g/L，添加剂(其中包括聚乙二醇0.6-1.0g/L和亚铁氰化钾0.2-0.6g/L)，温度控制为40℃-60℃，调节剂NaOH调节PH为10-15。单位符号g/L表示质量体积比。本专利技术是对先对石墨烯纳米片进行处理，获得纯净的石墨烯纳米片后，然后采用聚焦电子束对处理后的石墨烯纳米片穿孔，制备得到格栅式石墨烯纳米片，再对格栅式石墨烯纳米片进行化学镀铜，在镀液中还原剂选用次亚磷酸钠，次亚磷酸钠作为还原剂的镀铜技术，其工艺参数范围比较大，镀液的使用寿命长，而且镀液稳定性比较高，还可以自主的控制镀层的厚度，且不会产生对人体有害的甲醛蒸汽；加入缓冲剂硼酸镀铜过程中不仅有铜、镍和磷等会析出之外，还会产生氢离子，所以镀液的pH值将会不断的下降，这不仅会造成沉积速率的下降，也会对镀层所含磷的量造成影响，因此，必须在镀液中加入一定量的缓冲剂来减小这种由于PH下降所带来的副作用，而且在反应的过程中还加入添加剂等，这些都是其他公开组成中没有的，且适量的添加剂能够在很大程度上改善镀层的性能。本专利技术镀铜的格栅式石墨烯制备方法，按照以下步骤实施：步骤1：制备格栅式石墨烯纳米片，原料采用石墨烯纳米片，对石墨烯纳米片表面采取无敏化和无活化处理：先采用NaOH溶液(质量分数为10％-30％)煮沸碱洗20-30min，碱洗完后的溶液冷却至室温过滤(冷却过滤粗杂质)，碱洗后的石墨烯纳米片再通过蒸馏水冲洗至中性；然后对石墨烯纳米片使用HNO3溶液(质量分数为1％-10％)煮沸酸洗1-3min，酸洗完后的溶液加冷水冷却至室温过滤，酸洗后的石墨烯纳米片再通过蒸馏水冲洗至中性，通过碱洗和酸洗去除石墨烯纳米片表面杂质和粗化处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镀铜的格栅式石墨烯，其特征在于，先对石墨烯纳米片进行处理，获得纯净的石墨烯纳米片，然后采用聚焦电子束对处理后的石墨烯纳米片穿孔，制备得到格栅式石墨烯纳米片，再对格栅式石墨烯纳米片进行化学镀铜。

【技术特征摘要】
1.一种镀铜的格栅式石墨烯，其特征在于，先对石墨烯纳米片进行处理，获得纯净的石墨烯纳米片，然后采用聚焦电子束对处理后的石墨烯纳米片穿孔，制备得到格栅式石墨烯纳米片，再对格栅式石墨烯纳米片进行化学镀铜。2.一种镀铜的格栅式石墨烯制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1：制备格栅式石墨烯纳米片，对石墨烯纳米片表面采取无敏化和无活化处理，将处理后的石墨烯纳米片放入透射电镜杆，移入透射电镜的真空打孔仓，在石墨烯纳米片上打孔形成格栅，得到格栅式石墨烯纳米片；步骤2：配制主盐混合溶液，在室温下配制质量体积比为10-15g/L的硫酸铜溶液，在该硫酸铜溶液中加入柠檬酸三钠、四硼酸钠和EDTA合计10-15g/L，搅拌混合得到凝胶状混合物；再在凝胶状混合物中加入NaOH溶液调节PH至10-15，搅拌得到主盐混合溶液；步骤3：配制镀液混合溶液，往步骤2制得的主盐混合溶液中加入催化剂硫酸镍或硝酸镍0.8-1.2g/L，还原剂次亚磷酸钠30-35g/L，缓冲剂硼酸30-35g/L，利用NaOH溶液调节PH至10-15，得到镀液混合溶液；步骤4：对格栅式石墨烯纳米片进行镀铜，将步骤1制备的格栅式石墨烯纳米片放入步骤3制得的镀液混合溶液中，然后再加入添加剂聚乙二醇0.6-1.0g/L和亚铁氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈银虎，梅超，刘晓妮，左文婧，周思君，袁建才，张学硕，何炫，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61