一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，其过程为：石墨型碳材料经过纯化、敏化、活化处理，在其表面形成贵金属催化还原中心，在磁场作用下利用化学镀法在碳材料表面形成磁性金属镀层。采用磁场辅助表面化学镀金属的碳材料具有良好的电传导和热传导性能，磁场的作用下大大减少了化学镀时间，增加碳材料的分散性和金属镀层的均匀性，减少络合剂和还原剂的使用量，所获得的镀层结构致密，缺陷少，结合力好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨型碳材料化学镀技术，更具体涉及的是。
技术介绍
石墨型碳材料是基于石墨结构的纳米碳材料，如碳纳米管、石墨烯、富勒烯等，具有优异的电学、磁学和力学性能。尤其是其纳米级的尖端曲率半径及较低的功函数，表现出很好的场致发射特性，是目前取代金属尖锥冷阴极发射材料的最为理想的准一维纳米材料。但由于石墨型碳材料本身的纳米效应所以极易团聚，影响了石墨型碳材料电子发射的有效性，又由于石墨型碳材料与基体之间缺乏足够的界面结合，不能充分发挥石墨型碳材料电子传导和发射能力，从而影响了石墨型碳材料在场发射领域的应用。 要想发挥石墨型碳材料的性能必须增强石墨型碳材料和金属基体的润湿性，使石墨型碳材料在基体中均匀分散，主要采用的方法是物理分散方法、非共价功能化法、共价功能化法和溶液剥离法。其中，采用超声波振荡、磁力搅拌或加热搅拌等物理分散方法来增加石墨型碳材料在有机溶剂的分散性，虽然操作简单，但大的机械力容易损伤石墨型碳材料，不能作为单一手段使用，只能作为辅助手段；共价功能化法会破坏石墨型碳材料功能位点的SP2结构；而溶剂剥离法所用溶剂通常毒性大、沸点高且分散效率低。为此我们采用非共价功能化法中的化学镀对石墨型碳材料进行改性处理，也就是改变石墨型碳材料表面状态和结构，改变其表面物化性质，降低其表面自由能，这样不仅可以提高石墨型碳材料的分散性，还可以改善与其它物质的相容性。化学镀具有很好的均镀能力且镀后石墨型碳材料的分散性提高。在石墨型碳材料表面镀上一层金属，为后续电泳法制备石墨型碳材料场致发射阴极时石墨型碳材料能够较为直立均勻分布打下基础，大大提高了阴极场致发射电子的效率。但是传统的化学镀工艺中金属镀层容易以较大的球状颗粒聚集在石墨型碳材料的周围，在石墨型碳材料的表面不能形成均匀的镀层，特别是沉积速率较高时，法向的生长速率远大于切向的生长速率，因而难以有效地镀覆在碳管表面，并且难以完全去除表面活性剂或聚合物等辅助石墨型碳材料分散的添加剂。为此，我们提出磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，不仅继承了传统化学镀改变石墨型碳材料表面物化性质，降低其表面自由能，提高碳管分散性的优点，还能避免球状金属颗粒聚集在碳管的周围，增加镀层的均匀性，同时提高了沉积速度，使获得的镀层结构致密，缺陷少，结合力好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，采用磁场辅助表面化学镀金属的碳材料具有良好的电传导和热传导性能，磁场的作用下大大减少了化学镀时间，增加碳材料的分散性和金属镀层的均匀性，减少络合剂和还原剂的使用量，所获得的镀层结构致密，缺陷少，结合力好。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 ，将石墨型碳材料经过纯化、敏化、活化处理，在其表面形成贵金属催化还原中心，之后在磁场的辅助作用下，利用化学镀法在石墨型碳材料表面形成磁性金属层。在化学镀时外界所加的辅助磁场的强度为0. 01-10 T，磁铁呈对称置于化学镀容器的四周或者两侧，磁铁所产生的磁场使碳材料更加分散，并使磁性金属粒子在碳材料表面形成磁性金属镀层，所述磁性金属镀层的厚度为l-1000nm。所述的磁性金属层是铁、钴、镍、镧系元素中的一种或者是多种的复合金属层。所述的石墨型碳材料是呈网状结构的碳材料，包括单壁、双壁或者是多壁碳纳米管；石墨烯；富勒烯。 所述的纯化处理是采用物理方法，或者是化学氧化法去除碳材料中的金属杂质、无定形碳、碳颗粒等；所述的物理方法是超声分散、离心分离、微孔过滤、空间排阻色谱法、电泳法中的一种或者是多种混合的方法；所述的化学氧化法是气相氧化法、液相氧化法、固相氧化法、电化学氧化法以及插层氧化法中的一种或者是多种混合的方法。采用胶体钯一步活化法，或者是氯化亚锡(SnCl2 2H20)和氯化钯(PdCl2)两步法分别对石墨型碳材料进行敏化、活化处理，并用磁力搅拌、加热搅拌、超声分散中的一种或多种方法，充分分散石墨型碳材料。碳材料的化学镀过程先配置化学镀主盐混合溶液Al (硫酸镍、氯化镍、硫酸铁、氯化铁、硫酸钴、氯化钴中的一种或者两种及其以上组合)和化学镀还原混合溶液A2 (柠檬酸、柠檬酸钠、次亚磷酸钠、硼氢化钠、烷基胺硼烷类、肼或其盐类、水合肼、甲醛、葡萄糖中的一种或者两种及其以上的组合)，之后将已敏化、活化处理后的碳材料加入主盐混合溶液Al中，通过外力作用形成均匀的悬浮液A3，之后将化学镀还原混合溶液A2加入悬浮液A3中，且化学镀容器置于磁场中，控制磁场的强度、化学镀的时间(0. 1-5 h)、pH值(碱性化学镀溶液PH值为8 12，酸性化学镀溶液pH值为4 6)，与温度(温度为0 90°C )，最后通过离心分离或者真空抽滤将在磁场辅助下表面化学镀磁性金属的碳材料分离提取，烘干(温度为80 150°C、时间为0. 5-4 h)后得到表面具有化学镀磁性金属的碳材料粉末。本专利技术的显著优点是本专利技术是利用磁场辅助在碳材料表面化学镀磁性金属，镀液中的金属离子在还原剂的作用下，还原成磁性金属，在外加磁场作用下，加速吸附在碳材料的管壁，提高化学镀效率；同时，碳材料表面的磁性金属在磁场力的作用下，拉伸碳材料，并增加碳材料的分散与镀层的均匀性，也使所获镀层结构致密，缺陷少，结合力好，克服了碳材料与基体结合性差的缺点。附图说明图I是磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属装置示意图。图2是化学镀镍碳纳米管的SEM (a):磁场辅助化学镀；(b)无磁场。具体实施例方式实施例I本专利技术提供一种磁场辅助碳纳米管化学镀磁性金属镍的制备方法。下面结合附图对本专利技术的工艺步骤予以说明。步骤I :碳纳米管的纯化处理 在烧杯102中加入4 g的碳纳米管原始粉末、500mL的98. 3 wt%浓硫酸(H2SO4)和65wt%浓硝酸(HNO3)的体积比为I : 3混合溶液，并将其放置于100°C的水浴加热槽103中，同时在搅拌器101的玻璃搅拌棒104的搅拌下，处理3 h，离心分离和真空抽滤碳纳米管，并用去离子水反复冲洗，直至PH值为中性，最后在120 °C下将纯化处理后的碳纳米管烘干。步骤2 :碳纳米管分散处理 在500 mL去离子水中加入纯化干燥后的碳纳米管3 g、十二烷基磺酸钠I. 5 g，超声分散10 h，形成均匀的碳纳米管悬浮液。 步骤3 :碳纳米管的活化处理 本实施例采用胶体钯一步活化法，胶体钯活化液制备过程是预先配置Cl液、C2液，取70g氯化亚锡(SnCl2 *2H20)加入到200mL36 wt%的浓盐酸(HCl)中，不断搅拌至完全溶解，加入7g锡酸钠(Na2SnO3 3H20)，搅拌均勻，得到的溶液为Cl液；将0. 5g氯化钯(PdCl2)加入到IOOmL 36wt%浓盐酸中搅拌至完全溶解，再加200mL去离子水，在30°C下加入2g氯化亚锡(SnCl2 2H20)，并不断搅拌15 min，得到的白色乳浊液为C2液。将Cl液慢慢倒入C2液中并加入去离子水稀释至I L，并置于65°C的水浴加热槽中保持6h，即得到胶体钯活化液。取步骤b分散均匀碳纳米管的悬浮液BI加入胶体钯活化液150 mL,使用超声分散反应20 min，之后离心分离或者真空抽滤将活化处理后的碳纳米管分离出来，并用去离子水反复清洗，直至PH值为中性。步骤4 :碳纳米管化学镀磁性金属镍 (I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，其特征在于：将石墨型碳材料经过纯化、敏化、活化处理，在其表面形成贵金属催化还原中心，之后在磁场的辅助作用下，利用化学镀法在石墨型碳材料表面形成磁性金属层。

【技术特征摘要】
1.一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，其特征在于将石墨型碳材料经过纯化、敏化、活化处理，在其表面形成贵金属催化还原中心，之后在磁场的辅助作用下，利用化学镀法在石墨型碳材料表面形成磁性金属层。2.根据权利要求I所述的磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，其特征在于在化学镀时外界所加的辅助磁场的强度为0.01-10 T，磁铁呈对称置于化学镀容器的四周或者两侧，磁铁所产生的磁场使碳材料更加分散，并使磁性金属粒子在碳材料表面形成磁性金属镀层，所述磁性金属镀层的厚度为l-1000nm。3.根据权利要求I所述的磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，其特征在于所述的磁性金属层是铁、钴、镍、镧系元素中的一种或者是多种的复合金属层。4.根据权利要求I所述的磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，其特征在于所述的石墨型碳材料是呈网状结构的碳材料，包括单壁、双壁或者是多壁碳纳米管；石墨烯；富勒烯。5.根据权利要求I所述的磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，其特 征在于所述的纯化处理是采用物理方法，或者是化学氧化法去除碳材料中的金属杂质、无定形碳、碳颗粒等；所述的物理方法是超声分散、离心分离、微孔过滤、空间排阻色谱法、电泳法中的一种或者是多种混合的方法；所述的化学氧化法是气相氧化法...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶芸，郭太良，胡利勤，郭凡，蔡寿金，洪春燕，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：