一种通过多巴胺制备表面包覆银的复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过多巴胺制备表面包覆银的复合材料的方法，即：通过在碱性条件下将多巴胺沉积在基体表面之后，将用聚多巴胺表面功能化的基体置于银镀液中，加入还原剂葡萄糖溶液，制备包覆性能良好、具有导电性能的基体／银复合材料，本发明专利技术所提供的方法操作简便、耗时短，所制备的复合材料的包覆性能以及导电性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于制备导电复合材料领域，具体涉及一种在各种形状以及性能的材料表 面还原银的方法，尤其涉及在还原剂存在的条件下通过多巴胺表面功能化制备基体/银复 合材料的方法。
技术介绍
金属粉体是电子工业、国防工业的重要原料。由于金属的密度很大，以金属微粉为 主要导电介质的材料在储存及使用过程中很难避免降解现象的发生。这将在很大程度上影 响产品的使用。金属包覆其他金属或者非金属基体是一种核心为高分子陶瓷等非金属或者 其他金属、表面为金属的核壳式复合粉末，它可赋予基体特殊的电，磁、光学性能以及抗氧 化和耐老化性能，还可改善粉末与金属的润湿性。本专利将具体涉及一种可在大多数非金 属材料以及金属材料表面进行有效改性的方法，主要以玻璃微珠、铝粉和针状硅酸盐为实 例。玻璃微珠具有密度小且粒径均勻的特征，密度远小于金属粉体。但是普通的玻璃 微珠是绝缘体，不能作为导电材料的填充材料。使用低密度的导电玻璃微珠作为导电材料 有利用克服导电介质的沉降问题。玻璃微珠表面化学镀镍、铜、银以及复合涂层可用作电磁 屏蔽材料和吸波材料的导电材料。由于其表面憎水性，未处理的玻璃微珠表面与其他材料 表面的粘结稳定性和结合力较差，需要进行进一步的处理，使其表面能够形成均勻致密的 银层。铝由于比重轻、延展性好、金属光泽好以及价格低廉等优点，被广泛地应用在电 子、航空及电子浆料等领域。但是铝粉表面活性大，极不稳定，易于空气发生氧化还原反应， 以致失去本身的优点。因此，在应用中，须对其进行表面处理，使得处理后的铝粉既保持本 身的密度轻，金属光泽好的优点，同时具有良好的导电性能。银是贵金属，与铝的颜色相近， 且其导电性优良，若在铝粉上包覆一层均勻而薄的银，在保持铝粉自身优势的同时，赋予铝 粉良好的导电性能，同时也大大降低了成本，所得产品可用于电磁屏蔽、导电浆料等领域。由于石油资源日趋紧张和环境保护的要求，天然矿物填料在补强和降低成本方面 的作用日益凸显，层状天然粘土矿物/聚合物材料引起了许多研究者的关注。针状硅酸盐 是一种含有纳米短纤维的天然层状含水富镁铝硅酸盐矿物，典型的瓶中有凹凸棒石和坡缕 石。将针状硅酸盐表面进行改性，沉积上金属银，可以改善其导电性能。然后，通过常规的 聚合物熔体混合加工方法，改性针状硅酸盐能够被解离成长度小于IOOnm的晶束或单晶而 均勻分散在橡胶基体中，表现出优良的补强性能，从而制备出低成本的、力学性能优异的、 导电性能优异的纳米复合材料。在过去的几十年中，科学家们对基体表面金属化的各种方法进行了探索和研究， 其中方法包括机械混合法，Sol-gel法等等。这些方法对于粉体表面改性有不同的缺陷，例 如机械混合法混合不均、Sel-gel法在还原金属氧化物时晶粒容易长大等。因此在该专利技术 中选用化学镀的方法。目前，已有研究表明多巴胺可以作为一种有效物质帮助银的金属化。多巴胺可 以在多种聚合物表面进行黏附，且粘结性能优异，过程简单易行。此种方法源于贝壳类动 物分泌的蛋白质物质可以有效地粘结在物体的湿表面，已有科学家对此现象的原理进行 研究。研究结果表明，贝壳类动物所分泌出的蛋白质物质中的二羟基苯丙氨酸(DOPA)在 其中起到主要作用，并证明多巴胺可以在各种有机或无机基体表面粘结良好，粘结性能与 基体无关，且可在基体表面作为有效的平台进行金属或其他单体的进一步接枝。在专利 W02008/049108A1中通过将沉积有多巴胺的聚酰亚胺(PI)膜浸泡于硝酸银溶液中室温反 应18小时，得到表面覆盖有金属银的聚酰亚胺膜。但此方法还原时间长，银还原效果不明 显，沉积在聚酰亚胺膜表面的银层薄，银粒子不连续，不具有导电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有制备表面包覆银的复合材料技术中存在的不足，而提 供一种通过多巴胺表面修饰制备表面包覆有银的复合材料的方法。本专利技术所提供的方法操 作简便、耗时短，所制备的复合材料的包覆性能以及导电性能好。 本专利技术通过在碱性条件下将多巴胺沉积在基体表面之后，将用聚多巴胺表面功能 化的基体置于银镀液中，加入还原剂葡萄糖溶液，制备包覆性能良好、具有导电性能的基体 /银复合材料，具体步骤如下1)将基体在乙醇溶液中超声波洗净后，将其置于浓度为0.1 0.4mM/mL，PH为 6. 0 10. 0的多巴胺溶液中，以30 100转/min的搅拌速率搅拌0 48h，得到表面沉积 有聚多巴胺的基体；2)将质量浓度为3 30g/L的硝酸银溶液用氨水滴定至沉淀刚好消失时，配置得 到银镀液；3)将步骤1)中制备的表面沉积有聚多巴胺的基体置于步骤2)中制备的银镀液 中，每20mL银镀液中加入0. Ig分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在搅拌的条件下预处理10分 钟，再将其过滤出粉末，干燥得到预处理后的基体。4)将步骤3)中得到的预处理后的基体加入到步骤二中得到的镀液中，在搅拌条 件下加入质量浓度为3 60g/L的葡萄糖溶液，所使用葡萄糖溶液的体积与硝酸银溶液的 体积相同，每20mL溶液中加入0. 1克的分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)以及0. 1克稳定剂乙 醇，室温下反应1 60分钟，得到表面覆盖有银白色银层的基体。葡萄糖溶液浓度的选择与银镀液的浓度没有关系，但在葡萄糖的浓度为银镀液浓 度的两倍时还原效果最好。其中，步骤1)中所述的方法对于所有的形态的基体都适用，包括但不限于球形微 珠，片状，纤维，微粒，粉末等，同时适用于所有材料种类，包括金属、无机非金属、聚合物、复 合材料等。基体优选二氧化硅微球。本专利技术的原理在于由于多巴胺中有含氮基团，可以起到还原作用。同时，通过 化学处理的基体/银复合材料具有良好的包覆性能和导电性能，这主要是因为外加了还原 齐U，促进了银的还原过程，同时多巴胺的存在加速并且稳固了银颗粒在基体表面的生长。由 于多巴胺在聚合物基体表面的沉积为物理过程，整个方法中与无机物基体的表面形貌和化 学组成无关，可适用于各种形态和组成的无机物基体。与现有制备导电无机非金属材料技术相比较，本专利技术方法具有以下有益效果1)本专利技术操作简便，耗时短，成本低。2)本专利技术所制备的基体表面银层均勻致密，具有良好的导电性能(电导率为 2. 0-2. 5X 10_3s/m)以及包覆性能。3)本专利技术所制备的基体/银复合材料，银层与基体之间具有较高的粘结强度。4)本专利技术对无机物基体的形貌和组成没有限制，银的附着不会影响无机物的物理 机械性能和热性能。附图说明图1实施例1微球的X射线光电子能谱(XPS)宽谱图，其中(A)纯二氧化硅微球， (B)多巴胺表面功能化的二氧化硅微球即二氧化硅/多巴胺核壳式复合微球和(C)表面还 原有银的二氧化硅微球即二氧化硅/银核壳式复合微球的X射线光电子能谱(XPS)宽谱 图。图2实施例1微球的X射线衍射能谱(XRD)宽谱图，其中㈧纯二氧化硅微球， (B) 二氧化硅/多巴胺核壳式复合微球和(C) 二氧化硅/银核壳式复合微球的X射线衍射 能谱(XRD)宽谱图。图3实施例1的扫描电子显微镜(SEM)图像以及相应的扫描电子能谱图(EDX)， 其中(a，b)纯二氧化硅微球，(c，d) 二氧化硅/多巴胺核壳式复合微球和(e，f) 二氧化硅 /银核壳式复合微球的扫描电子显微镜(SEM)图像以及相应的扫描电子能谱图(EDX)，标尺 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过多巴胺制备表面包覆银的复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：　　１）将基体在乙醇溶液中超声波洗净后，将其置于浓度为０．１～０．４ｍＭ／ｍＬ，ＰＨ为６．０～１０．０的多巴胺溶液中，以３０～１００转／ｍｉｎ的搅拌速率搅拌０～４８ｈ，得到表面沉积有聚多巴胺的基体；　　２）将质量浓度为３～３０ｇ／Ｌ的硝酸银溶液用氨水滴定至沉淀刚好消失时，配置得到银镀液；　　３）将步骤１）中制备的表面沉积有聚多巴胺的基体置于步骤２）中制备的银镀液中，每２０ｍＬ银镀液中加入０．１ｇ分散剂聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ），在搅拌的条件下预处理１０分钟，再将其过滤出粉末，干燥得到预处理后的基体。　　４）将步骤３）中得到的预处理后的基体加入到步骤二中得到的镀液中，在搅拌条件下加入质量浓度为３～６０ｇ／Ｌ的葡萄糖溶液，所使用葡萄糖溶液的体积与硝酸银溶液的体积相同，每２０ｍＬ溶液中加入０．１克的分散剂聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）以及０．１克稳定剂乙醇，室温下反应１～６０分钟，得到表面覆盖有银白色银层的基体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文才，张立群，廖园，田明，邹华，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]