一种在碳纤维表面沉积金属的方法技术

本发明专利技术公开的是一种在碳纤维表面沉积金属的方法。其内容包括以金属盐和自由基清除剂的混合溶液作为辐照介质，利用γ射线高效还原金属离子的作用，将金属离子还原成金属单质，并沉积在碳纤维表面，从而提高碳纤维与金属基体间的界面相容性。本发明专利技术的优势在于：(1)γ辐照能效高，穿透力强，有利于降低制备成本。(2)辐照工艺更加简单易控，对环境污染少。(3)适合批量制备，可实现碳纤维表面金属化的产业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料改性
，特别是涉及一种在碳纤维表面沉积金属的方法。
技术介绍
碳纤维是由片状石墨微晶沿轴向堆砌而成的新型纤维材料，具有许多优良性能，例如导电性好、高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温等。由于这些优异的性能，碳纤维常被用于电磁屏蔽材料、防静电材料、电池电极等，从而在电子通信、石油开采、基础设施等领域有着广泛的应用。同时，碳纤维还可以作为增强材料加入到金属及合金材料中，构成金属基复合材料，进而提高其耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等性能，从而使得碳纤维在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。但是，由于碳纤维表面能低，表面惰性大，与金属基体间的界面结合性差，界面存在较多缺陷，限制了碳纤维增强金属基复合材料优异性能的发挥。目前，改善碳纤维与金属基体间的相容性最常用的方法就是碳纤维表面金属化处理。常用的碳纤维表面金属化处理方法有电镀和化学镀。电镀是镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反应还原成金属单质，并在阴极上进行金属沉积的过程。电镀工艺价格低，可沉积的金属及合金种类多。但是电镀法需要直流电源设备，镀层不均匀。化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。传统的化学镀虽然可获得均匀的镀层，工艺易掌控，但是需要进行敏化、活化等多步前处理过程，产生废液多，对环境污染大。因此寻求一种工艺简单易控、环境友好的碳纤维表面金属化方法就显得十分重要。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术路线是：将碳纤维置于金属盐和自由基清除剂的混合溶液中，利用环境友好且高效易控的γ辐照一步将金属离子还原成金属单质，并沉积到碳纤维表面，形成金属层，获得工艺高效、易掌控、成本低廉、适合批量制备的碳纤维表面金属化方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决碳纤维表面沉积金属时存在的工艺繁多，污染大的问题，获得一种工艺简单，环境友好的碳纤维表面沉积金属的方法。为实现上述目的，所采取的技术方案，步骤如下：(1)用清洗剂回流洗涤碳纤维一段时间直至表面杂质完全脱落。(2)配制金属盐和自由基清除剂的混合溶液，用密闭容器盛放。(3)将清洗过的碳纤维置于混合溶液中，并通入惰性气体曝气，一段时间后，对样品进行γ辐照处理。(4)辐照处理完后，将碳纤维取出并干燥，得到表面有金属层的碳纤维。上述步骤(1)中所述的清洗剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮等有机溶剂中的一种。上述步骤(1)中所述的时间为20～48h。上述步骤(2)中所述的金属盐为AgNO3、Ni(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2等，浓度为1～10g/L。自由基清除剂为乙醇、异丙醇、叔丁醇等醇类中的一种或几种的混合液。自由基清除剂使用的量为总体积的1～10％。上述步骤(3)中所述惰性气体为氩气、氮气、氦气中的一种。上述步骤(3)中所述曝气时间为10～30min。上述步骤(3)中所述γ辐照的剂量为30～100KGy，剂量率为10～100Gy/min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用γ射线高效还原金属离子的作用，将金属离子还原成金属单质，并沉积在碳纤维表面，实现碳纤维表面金属化，从而提高碳纤维与金属基体间的界面性能。辐照法工艺高效、易掌控、成本低廉、适合批量制备，从而可实现碳纤维表面金属化的产业化生产。具体实施方式实施例1：用二甲基甲酰胺回流洗涤碳纤维20h直至表面杂质完全脱落。配制2g/L的AgNO3置于可密闭容器中，同时加入乙醇。然后将碳纤维放入溶液中，保证其完全没入溶液中，经氩气曝气10min后迅速将容器密闭，将盛满溶液的密闭容器在常温下进行γ辐照处理，辐照剂量为30KGy，剂量率为30Gy/min；辐照反应完成后，将碳纤维取出并干燥，得到表面有银金属层的碳纤维。实施例2：用四氢呋喃回流洗涤碳纤维30h直至表面杂质完全脱落。配制4g/L的Ni(NO3)2·6H2O置于可密闭容器中，同时加入异丙醇。然后将碳纤维放入溶液中，保证其完全没入溶液中，经氮气曝气20min后迅速将容器密闭，将盛满溶液的密闭容器在常温下进行γ辐照处理，辐照剂量为60KGy，剂量率为60Gy/min；辐照反应完成后，将碳纤维取出并干燥，得到表面有镍金属层的碳纤维。实施例3：用丙酮回流洗涤碳纤维48h直至表面杂质完全脱落。配制8g/L的Cu(NO3)2置于可密闭容器中，同时加入叔丁醇。然后将碳纤维放入溶液中，保证其完全没入溶液中，经氦气曝气30min后迅速将容器密闭，将盛满溶液的密闭容器在常温下进行γ辐照处理，辐照剂量为100KGy，剂量率为100Gy/min；辐照反应完成后，将碳纤维取出并干燥，得到表面有铜金属层的碳纤维。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在碳纤维表面沉积金属的方法，其特征在于，通过γ射线高效还原金属离子的作用，将金属离子还原成金属单质，并沉积在碳纤维表面。步骤如下：(1)用清洗剂回流洗涤碳纤维一段时间直至表面杂质完全脱落。(2)配制金属盐和自由基清除剂的混合溶液，用密闭容器盛放。(3)将清洗过的碳纤维置于混合溶液中，并通入惰性气体曝气，一段时间后，对样品进行γ辐照处理。(4)辐照处理完后，将碳纤维取出并干燥，得到表面有金属层的碳纤维。

【技术特征摘要】
1.一种在碳纤维表面沉积金属的方法，其特征在于，通过γ射线高效还原金属离子的作用，将金属离子还原成金属单质，并沉积在碳纤维表面。步骤如下：(1)用清洗剂回流洗涤碳纤维一段时间直至表面杂质完全脱落。(2)配制金属盐和自由基清除剂的混合溶液，用密闭容器盛放。(3)将清洗过的碳纤维置于混合溶液中，并通入惰性气体曝气，一段时间后，对样品进行γ辐照处理。(4)辐照处理完后，将碳纤维取出并干燥，得到表面有金属层的碳纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的清洗剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮等有机溶剂中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯婷婷，徐志伟，李楠，马美君，李静，王振，匡丽赟，李英琳，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12