碳納米管陣列的電鍍修飾方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其包括如下步驟，提供碳納米管陣列，將其置于真空腔內(nèi)，密閉真空腔，對(duì)真空腔進(jìn)行抽氣以降低真空腔內(nèi)的壓力，再向真空腔內(nèi)注入去離子水，使碳納米管陣列完全浸入去離子水中；繼續(xù)抽氣，當(dāng)碳納米管陣列的表面停止析出氣泡時(shí)，停止抽氣；向真空腔內(nèi)注入空氣，使內(nèi)外壓力平衡，然后將碳納米管陣列取出；經(jīng)過(guò)真空預(yù)處理的碳納米管陣列置于電鍍液中浸泡后進(jìn)行電鍍。本發(fā)明的碳納米管陣列的電鍍修飾方法采用了真空預(yù)處理工藝，使電鍍液能夠進(jìn)入碳納米管的內(nèi)部，從而使碳納米管的底部到頂部都均勻沉積一層金屬納米粒子，如此充分發(fā)揮了碳納米管陣列的三維優(yōu)勢(shì)，大大提高了碳納米管陣列的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】碳納米管陣列的電鍍修飾方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電鍍【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種碳納米管陣列的電鍍修飾方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管陣列是由垂直于生長(zhǎng)基底的碳納米管通過(guò)自組織方式構(gòu)成的有序結(jié)構(gòu)，其具有排列整齊、取向單一、純度高、質(zhì)量好的特點(diǎn)。在應(yīng)用于光學(xué)器件、顯示領(lǐng)域、傳感器領(lǐng)域、場(chǎng)發(fā)射器件等的過(guò)程中，碳納米管陣列更能發(fā)揮碳納米管自身的優(yōu)良性能。盡管具有許多優(yōu)勢(shì)，單純的碳納米管陣列仍然難以滿(mǎn)足對(duì)微納器件多功能、高性能的要求。
[0003]具體地，在能量存儲(chǔ)的應(yīng)用中，雖然碳納米管可作為電極材料應(yīng)用在電池、電容中，但金屬氧化物在電極/電解液界面反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳材料的雙電層電容。因此，對(duì)碳納米管陣列進(jìn)行功能化修飾，可大大拓展其應(yīng)用范圍，提高器件的性能。
[0004]目前對(duì)碳納米管薄膜進(jìn)行修飾的研究較多，但對(duì)直接生長(zhǎng)的碳納米管陣列進(jìn)行功能化修飾的方法還不是很成熟。最簡(jiǎn)單修飾方法是直接進(jìn)行物理修飾，如蒸鍍、濺射，但其中濺射方法只能修飾到表面以下幾微米的厚度，效率底下；此外，雖然低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法修飾的均一性好，但受到沉積對(duì)象的限制，一般僅適用于多晶硅。
[0005]基于液相的電化學(xué)沉積/電鍍方法也是常用的沉積方法，由該方法所獲得的納米材料性能優(yōu)越，是進(jìn)行碳納米管有序陣列功能化修飾的理想方法。但由于碳納米管自身的疏水性，傳統(tǒng)的電鍍工藝僅能在碳納米管陣列表面沉積一層薄膜，無(wú)法在碳納米管陣列內(nèi)部沉積。從而其僅能對(duì)納 米材料的表面進(jìn)行修飾，無(wú)法充分提升納米材料的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種碳納米管陣列的電鍍修飾方法，以克服現(xiàn)有的針對(duì)納米材料的電鍍方法的不足。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0008]一種碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其包括如下步驟，
[0009]提供碳納米管陣列，將其置于真空腔內(nèi)，密閉真空腔，對(duì)真空腔進(jìn)行抽氣以降低真空腔內(nèi)的壓力，再向真空腔內(nèi)注入去離子水，使碳納米管陣列完全浸入去離子水中；
[0010]繼續(xù)抽氣，當(dāng)碳納米管陣列的表面停止析出氣泡時(shí)，停止抽氣；
[0011]向真空腔內(nèi)注入空氣，使內(nèi)外壓力平衡，然后將碳納米管陣列取出；
[0012]經(jīng)過(guò)真空預(yù)處理的碳納米管陣列置于電鍍液中浸泡后進(jìn)行電鍍。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電鍍修飾方法還包括:電鍍停止后，將經(jīng)過(guò)電鍍的碳納米管陣列從電鍍液中取出，利用去離子水對(duì)其進(jìn)行清洗。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述對(duì)真空腔進(jìn)行抽氣以降低真空腔內(nèi)的壓力時(shí)，降低真空腔內(nèi)的壓力至45~55Pa。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繼續(xù)抽氣持續(xù)的時(shí)間為0.5~2h。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述經(jīng)過(guò)真空預(yù)處理的碳納米管陣列置于電鍍液中浸泡的時(shí)間為0.5h。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電鍍液的pH值范圍為:3.5~4.5。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電鍍時(shí)碳納米管陣列的電流密度為40~60mA/cm2,電鍍溫度控制在40~45°C，電鍍時(shí)間為20s~5min。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的碳納米管陣列的電鍍修飾方法采用了真空預(yù)處理工藝，使電鍍液能夠進(jìn)入碳納米管的內(nèi)部，從而使碳納米管的底部到頂部都均勻沉積一層金屬納米粒子，如此充分發(fā)揮了碳納米管陣列的三維優(yōu)勢(shì)，大大提高了碳納米管陣列的性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發(fā)明的碳納米管陣列的電鍍修飾方法一【具體實(shí)施方式】的方法流程示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的碳納米管陣列的電鍍修飾方法的實(shí)施例1中經(jīng)過(guò)電鍍修飾的碳納米管陣列的內(nèi)部電子顯微鏡照片，其中，該照片的放大倍率為10萬(wàn)倍；
[0023]圖3為本發(fā)明的碳納米管陣列的電鍍修飾方法的實(shí)施例2中經(jīng)過(guò)電鍍修飾的碳納米管陣列的內(nèi)部電子顯微鏡照片，其 中，該照片的放大倍率為5萬(wàn)倍。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)一種碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其包括如下步驟，
[0025]( I)提供碳納米管陣列，將其置于真空腔內(nèi)，密閉真空腔，對(duì)真空腔進(jìn)行抽氣以降低真空腔內(nèi)的壓力，再向真空腔內(nèi)注入去離子水，使碳納米管陣列完全浸入去離子水中。上述降低真空腔內(nèi)的壓力時(shí)可通過(guò)真空泵抽走真空腔內(nèi)的氣體。優(yōu)選地，當(dāng)降低真空腔內(nèi)的壓力低至45~55Pa時(shí)，再向真空腔內(nèi)注入去離子水。否則,繼續(xù)抽氣。
[0026]控制上述壓力低至45~55Pa是為了防止造成碳納米管陣列的斷裂。這是因?yàn)?，如果壓力高于上?5~55Pa，則在碳納米管陣列內(nèi)部殘留的氣體過(guò)多，這樣低壓氣泡體積較大，那么在如下述提到的通入空氣時(shí)，由于陣列內(nèi)氣泡快速收縮消失，就會(huì)造成碳納米管陣列的斷裂，從而破壞了碳納米管與基底的良好接觸。
[0027]此外，上述碳納米管陣列可以為原位生長(zhǎng)的碳納米管有序陣列，如此，保證了碳納米管與相應(yīng)的基底具有良好的接觸，使得碳納米管陣列電鍍時(shí)具有較高的導(dǎo)電性。
[0028](2)繼續(xù)抽氣0.5~2h，當(dāng)碳納米管陣列的表面停止析出氣泡時(shí)，停止抽氣。否則，繼續(xù)抽氣。
[0029](3)向真空腔內(nèi)注入空氣，使內(nèi)外壓力平衡，然后將碳納米管陣列取出。
[0030](4)經(jīng)過(guò)真空預(yù)處理的碳納米管陣列置于pH值為3.5~4.5電鍍液中浸泡0.5h后進(jìn)行電鍍。電鍍時(shí)，以碳納米管陣列為陰極，以電鍍液為陽(yáng)極，碳納米管陣列的電流密度為40~60mA/cm2，電鍍溫度控制在40~45°C，電鍍時(shí)間為20s~5min。[0031](5)電鍍停止后，將經(jīng)過(guò)電鍍的碳納米管陣列從電鍍液中取出，利用去離子水對(duì)其進(jìn)行清洗。
[0032]需要說(shuō)明的是，上述進(jìn)行真空預(yù)處理的作用是將液體強(qiáng)制浸入碳納米管陣列內(nèi)部，其作用機(jī)理如下。忽略重力因素，液體在碳納米管陣列中的流動(dòng)受到以下兩個(gè)因素的影響:第一、碳納米管固體和液體之間的界面屬性；第二、碳納米管陣列內(nèi)外的壓力差。
[0033]其中，由于碳納米管的天然疏水特性，在碳納米管和液體界面間形成強(qiáng)大的張力，并且常壓下碳納米管陣列內(nèi)外壓力平衡，液體難以浸入碳納米管陣列內(nèi)部。而當(dāng)碳納米管陣列處在接近真空氛圍下的液體中時(shí)，隨著壓力降低至OPa附近，碳納米管空隙之間的氣體絕大部分被抽走，剩余的極小部分氣體變成較大的低壓氣泡，占據(jù)空隙位置，當(dāng)通入空氣時(shí)，液體外部壓力為一個(gè)大氣壓，而碳納米管陣列內(nèi)部的壓力近似為零，巨大的壓力差迫使液體流入碳納米管陣列內(nèi)部，占據(jù)其中的空隙，低壓氣泡消失，溶解在水中。因此真空預(yù)處理的方法可以克服碳納米管陣列表面的疏水張力，達(dá)到充分利用碳納米管表面的目的。
[0034]此外，值得注意的是工藝過(guò)程中首先利用水而非電鍍液作為真空下的液體的補(bǔ)充。這樣做的目的在于，雖然直接在電鍍液中對(duì)碳納米管陣列進(jìn)行真空預(yù)處理更加方便，但實(shí)際上在真空條件下，電鍍液中的溶質(zhì)會(huì)析出，附著在碳納米管陣列中，卻無(wú)法在后續(xù)的電解液中再溶解。
[0035]從而，一方面造成碳納米管的污染，另一方面會(huì)使碳納米管陣列發(fā)生斷裂。因此首先利用水浸入碳納米管陣列內(nèi)部，然后轉(zhuǎn)移到電鍍液中，經(jīng)過(guò)浸泡約半小時(shí)進(jìn)行平衡擴(kuò)散，可將陣列內(nèi)部的水置換為電鍍液，滿(mǎn)足電鍍的需求。
[0036]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例 ，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng) 前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0037]實(shí)施例1
[0038]本實(shí)施例中所使用的碳納米管陣列，由CVD法生長(zhǎng)在帶有金屬導(dǎo)電薄膜的硅片上形成。其中，陣列高度為10(^111，陣列面積511111^5.!。所使用的電鍍液為鎳電鍍液，鎳電鍍液PH值為4.0，其組分含量如下表1所示:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其特征在于，所述電鍍修飾方法包括如下步驟， 提供碳納米管陣列，將其置于真空腔內(nèi)，密閉真空腔，對(duì)真空腔進(jìn)行抽氣以降低真空腔內(nèi)的壓力，再向真空腔內(nèi)注入去離子水，使碳納米管陣列完全浸入去離子水中； 繼續(xù)抽氣，當(dāng)碳納米管陣列的表面停止析出氣泡時(shí)，停止抽氣； 向真空腔內(nèi)注入空氣，使內(nèi)外壓力平衡，然后將碳納米管陣列取出； 經(jīng)過(guò)真空預(yù)處理的碳納米管陣列置于電鍍液中浸泡后進(jìn)行電鍍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其特征在于，所述電鍍修飾方法還包括:電鍍停止后，將經(jīng)過(guò)電鍍的碳納米管陣列從電鍍液中取出，利用去離子水對(duì)其進(jìn)行清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其特征在于，所述對(duì)真空腔進(jìn)行抽氣以降低真空腔內(nèi)的壓力時(shí)，降低真空腔內(nèi)的壓力至45~55Pa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其特征在于，所述繼續(xù)抽氣持續(xù)的時(shí)間為0.5~2h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其特征在于，所述經(jīng)過(guò)真空預(yù)處理的碳納米管陣列置于電鍍液中浸泡的時(shí)間為0.5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其特征在于，所述電鍍液的pH值范圍為:3.5~4.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的電鍍修飾方法，其特征在于，所述電鍍時(shí)碳納米管陣列的電流密度為40~60mA/cm2，電鍍溫度控制在40~45°C，電鍍時(shí)間為20s~5min。
【文檔編號(hào)】C25D7/04GK103526248SQ201310516117
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】王蓬勃, 楊湛, 汝長(zhǎng)海, 陳濤, 劉吉柱, 潘明強(qiáng), 黃海波, 孫立寧 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)