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《湖北工业大学》 2015年
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碳纳米管表面化学镀铜层的制备、性能与应用

李连杰  
【摘要】:本研究旨在充分发挥单壁碳纳米管(SWCNTs)在铜基复合材料中的增强作用,采用化学镀的方法,在SWCNTs表面涂覆铜层及镍铜双金属层,获得综合性能高的复合材料。探索SWCNTs分散、纯化、在SWCNTs表面制备铜涂层、镍铜双金属涂层、粉末冶金和锻造制备SWCNT增强铜基复合材料的工艺方法。借助透射电子显微镜、场发射电子显微镜、X射线衍射、能谱、傅立叶红外光谱、差热分析、金相显微镜、显微硬度计等分析测试手段,表征、分析和研究了上述工艺方法对SWCNTs、化学镀涂层和复合材料的影响。为去除原料SWCNTs中的杂质如金属催化剂、无定形碳和片状石墨等,进行了两种纯化工艺的摸索与对比,分别为硝酸-氢氧化钠-盐酸三步法加热回流处理和双氧水电磁搅拌加热处理。研究表明,两种方法均可有效将杂质去除,并有效保持SWCNTs的完整性。但是,相比三步回流纯化处理的SWCNTs表面镀铜层,双氧水纯化处理的SWCNTs表面镀铜层的氧化更严重。为提高SWCNTs增强相与铜基体的润湿性及界面结合强度,本课题采用化学镀的方法在SWCNTs表面制备了铜镀层与镍-铜双金属镀层。通过对镀层形貌、成分分布及结构等通过表征和测定,研究得出:与SWCNTs表面化学镀单层铜相比,SWCNTs表面的镍-铜双金属镀层纯度更高、不含氧化物,且均匀、连续和完整。并对镍-铜双金属镀层抗氧化机理进行了分析。为实现SWCNTs在铜基体中的增强作用,探索了体积分数为0%、3%、5%、7%、10%SWCNTs的铜基复合材料的制备工艺,即超声混料→粉末冶金→烧结→锻造。最终得出最优的混料方法、烧结温度与时间、SWCNTs的加入量及锻造工艺。结果表明:体积分数5%SWCNTs的铜基复合材料力学性能最佳。烧结后7道次锻造的复合材料粒细小,组织致密并沿拔长方向(轴向)分布。体积分数为5%的SWCNTs在7道次下锻造的铜基复合材料力学性能较好,与纯铜样品进行对比分别提高162.7%和132.3%。本研究获得了综合力学性能较好的SWCNTs铜基复合材料,可为碳纳米管增强金属基复合材料的制备提供一套共性技术,有利于促进碳纳米管的实际应用。成果可在碳纳米管增强金属基复合材料、纳米电子器件以及生物传感器等领域获得应用。
【学位授予单位】:湖北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.1;TB33

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