镍—碳纳米管复合镀层的制备及其性能研究

【摘要】随着科技的高速发展,对材料性能的要求越来越高,单一结构的材料无法满足工业的需要,迫切需要高性能的复合材料。纳米复合镀是一种制备复合材料的新兴技术,广泛应用于工业中。碳纳米管作为一种独特的纳米材料,具有优异的性能。本文将碳纳米管作为复合镀层的增强相,制备了镍-碳纳米管复合镀层。研究的内容和结论如下：(1)首先采用混酸氧化对碳纳米管进行改性。通过SEM观察可以发现,混酸处理后碳纳米管长径变短,团聚减少。红外结果表明酸氧化后表面带有活性基团。XRD结果表明酸处理使碳纳米管的结晶性变好。改性后的碳纳米管在水中和镀层中的分散性均有了很大提高。通过沉降实验研究了碳纳米管的分散性,结果表明分散剂16Y为最佳分散剂。(2)通过单因素实验研究了碳纳米管浓度、电流密度、搅拌速率、pH、温度、分散剂浓度和时间对镍-碳纳米管复合镀层厚度和碳纳米管含量的影响。在单因素实验基础上进行正交实验,经正交优化实验得到了最佳工艺条件。在最佳工艺条件下所得到的镀层致密,镀层平均厚度为SEM显示碳纳米管像网格状分布在镀层中,EDS能谱显示复合镀层由Ni,C,O三种元素组成其质量分数分别为83.35%、14.18%、1.96%,表明碳纳米管和镍实现了共沉积。(3)通过SEM观察发现,与纯镍镀层相比,镍-碳纳米管复合镀层表面很粗糙,且碳纳米管表面有镍沉积。同时随着镀液中碳纳米管含量由1g/L增加到4g/L,所得到的复合镀层中C元素的重量百分比由10.49%增加到14.18%。镀层的XRD结果表明,复合镀层的晶粒尺寸比纯镍镀层小。结合力测试表明,复合镀层的结合力良好。不同腐蚀介质中的Tafel曲线表明,复合镀层的耐腐蚀优于纯镍镀层。镀层的电催化实验表明,随着镀液中碳纳米管浓度由0g/L的增加到4g/L时,其交换电流密度由6.58×10-8A/cm2增加到3.89×10-7A/cm2,电催化析氢能力加强。(4)采用电化学工作站研究了Ni2+电沉积行为。循环伏安曲线表明随着扫描速率的增加,镍的沉积速率增加。阴极极化曲线表明,碳纳米管、络合剂、分散剂、光亮剂均能使阴极极化增加,提高镀层质量。
【作者】张文俊；
【导师】何湘柱；
【作者基本信息】广东工业大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】镍-碳纳米管；复合电镀；碳纳米管；极化曲线；

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