纳米碳纤维表面化学镀层及模板法纳微结构的制备与表征

摘要

近年来，纳米碳纤维的表面涂层与改性研究引起人们广泛的兴趣，其中纳米碳纤维表面金属镀层的研究受到越来越多的重视。表面金属化的纳米碳纤维具有优异的物理和化学性能，在复合材料、电子材料、微波吸收材料和催化材料等领域有着广阔的应用前景。考虑到大规模的工业化应用，化学镀是纳米碳纤维表面金属化的首选方法。目前，对应用化学镀方法在纳米碳纤维表面沉积金属镀层的研究还需要做很多工作，特别是对镀层成分、结构与性能之间关系的研究还需进一步加强。另外，利用化学镀技术来制备具有中空结构的纳、微米材料以及纳米复合镀层材料显示出一定的优势。 本文首先利用石墨基片研究了化学镀镍磷合金、镍铁钴磷合金和镍钴硼合金工艺，然后利用优化的化学镀工艺在纳米碳纤维表面镀覆了Ni-P、Ni-Fe-Co-P和Ni-Co-B镀层；研究了镀层的成分、结构以及镀层纳米碳纤维的性能。利用非金属表面化学镀工艺，研究了制备具有中空结构纳微材料的新方法。最后，研究了一步法纳米化学复合镀工艺。主要结果如下： (1)前处理工艺对纳米碳纤维表面镀层的连续性、均匀性至关重要。 (2)镍磷镀层纳米碳纤维具有较好的磁性能和微波吸收性能。与无镀层的纳米碳纤维相比，其吸收峰往低频方向移动，吸收强度略有增加。含磷量较高的Ni-P镀层纳米碳纤维具有非晶态结构，是一种性能优良的负载型催化剂，在催化硝基苯液相加氢反应中表现出高活性和稳定性。 (3)镍铁钴磷合金镀层纳米碳纤维具有良好的磁性能和微波吸收性能。与镍磷镀层纳米碳纤维的吸波性能向相比，吸收强度和频带宽度都有明显的提高。 (4)镍钴硼合金镀层纳米碳纤维的磁性能明显优于镍磷合金镀层纳米碳纤维和镍铁钴磷合金镀层纳米碳纤维。在吸波性能方面，镍钴硼合金镀层纳米碳纤维的吸收强度远高于镍磷合金镀层纳米碳纤维和镍铁钴磷合金镀层纳米碳纤维，频带宽度小于镍铁钴磷合金镀层纳米碳纤维而大于镍磷合金镀层纳米碳纤维。 (5)将镀层纳米碳纤维在空气中热处理，可以去除纳米碳纤维，获得纳米金属管。这种制备纳米金属管的方法与其他方法相比更为简单、高效。 (6)利用化学镀方法在空心玻璃微球模板表面镀覆金属镀层，然后利用化学溶解方法去除模板，可以获得空心金属微球。同其他制备金属微球的方法相比，该方法更为简单、高效。非晶态镍磷合金空心微球具有优良的催化性能。 (7)一步法纳米化学复合镀制备Ni-P-TiO<,2>复合镀层，很好地解决了纳米粒子在镀液和镀层中的分散问题，为纳米复合镀层技术的发展开创了一条新路。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米碳纤维的研究进展

1.1.1概述

1.1.2纳米碳纤维的结构

1.1.3纳米碳纤维的制备方法

1.1.4纳米碳纤维的应用

1.2纳米碳纤维的表面改性与涂层

1.3化学镀技术的发展现状

1.4模板法制备纳米结构

1.5课题的提出

第二章纳米碳纤维表面镍磷合金涂层的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验仪器与试剂

2.2.2实验工艺流程

2.2.3化学镀镍工艺配方研究

2.2.4化学镀镍溶液稳定性的测定方法

2.2.5镀层沉积速率的测定方法

2.2.6镀层纳米碳纤维表征及成分分析

2.2.7镀层纳米碳纤维的性能表征

2.2.8利用镀层纳米碳纤维制备纳米金属管

2.3结果与讨论

2.3.1纳米碳纤维表面前处理工艺的研究

2.3.2纳米碳纤维化学镀工艺的研究

2.3.3镀层成分及结构研究

2.3.4镀层纳米碳纤维的磁性能研究

2.3.5镀层纳米碳纤维TG/DSC热性能的研究

2.3.6镀层纳米碳纤维吸波性能的研究

2.3.7镀层纳米碳纤维催化性能的研究

2.3.8利用镀层纳米碳纤维制备金属纳米管的研究

2.4本章小结

第三章纳米碳纤维表面镍铁钴磷合金涂层的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验仪器与试剂

3.2.2实验工艺流程

3.2.3化学镀镍-铁-钴-磷工艺配方研究

3.2.4化学镀镍-铁-钴-磷溶液稳定性的测定方法

3.2.5镀层沉积速率的测定方法

3.2.6镀层纳米碳纤维表征及成分分析

3.2.7镀层纳米碳纤维的性能表征

3.3结果与讨论

3.3.1纳米碳纤维表面前处理工艺的研究

3.3.2化学镀镍铁钴磷工艺配方的研究

3.3.3纳米碳纤维表面镀层的形貌与成分

3.3.4镀覆Ni-Fe-Co-P合金纳米碳纤维的磁性能及微波吸收性能

3.4本章小结

第四章纳米碳纤维表面镍钴硼合金涂层的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验仪器与试剂

4.2.2实验工艺流程

4.2.3化学镀镍-钴-硼工艺配方研究

4.2.4化学镀镍-钴-硼溶液稳定性的测定方法

4.2.5镀层沉积速率的测定方法

4.2.6镀层纳米碳纤维表征及成分分析

4.2.7镀层纳米碳纤维的性能表征

4.3结果与讨论

4.3.1纳米碳纤维表面前处理工艺的研究

4.3.2化学镀镍-钴-硼工艺配方的研究

4.3.3纳米碳纤维表面镀层的形貌与成分

4.3.4 Ni-Co-B镀层纳米碳纤维的磁性能

4.3.5 Ni-Co-B镀层纳米碳纤维的微波吸收性能

4.4本章小结

第五章化学镀模板法制备空心金属微球的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验仪器与试剂

5.2.2化学镀空心玻璃微球模板法制备空心金属微球

5.2.3空心金属微球的表征

5.3结果与讨论

5.3.1镍磷合金空心微球的形貌、成分与结构

5.3.2金属铜空心微球的形貌、成分与结构

5.3.3金属镍空心微球的形貌、成分与结构

5.3.4非晶态镍磷合金空心微球的催化性能

5.4本章小结

第六章一步法纳米化学复合镀的研究

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1实验仪器与试剂

6.2.2试样

6.2.3化学镀工艺配方

6.2.4钛溶胶的制备

6.2.5化学复合镀液的制备

6.2.6一步法纳米化学复合镀工艺流程

6.2.7镀层沉积速率的测定方法

6.2.8纳米复合镀层的表征

6.3结果与讨论

6.3.1一步法纳米化学复合镀沉积速率的影响因素

6.3.2一步法纳米化学复合镀层的形貌研究

6.3.3一步法纳米化学复合镀层的成分研究

6.3.4一步法纳米化学复合镀层的热性能研究

6.3.5一步法纳米化学复合镀的共沉积机理研究

6.4本章小结

结论

本论文创新点

应用前景和社会、经济价值等的预测和评价

今后研究工作的设想

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

攻读学位期间申请的专利及承担与参与的研究课题