[发明专利]一种表面金属化复合材料的光催化化学镀制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面金属化复合材料制备技术领域，涉及一种表面金属化复合材料的光催化化学镀制备方法。

背景技术

在高分子材料、无机非金属材料以及金属材料的表面负载金属，制备表面金属化复合材料，使其具有单一材料所不具备的独特优点，具有广阔的应用前景，是目前国际上材料科学与工程领域的研究热点之一，而提高产品质量、缩短工艺流程、提高制备效率、降低生产成本、减少环境污染是这类表面金属化复合材料研究开发的重点内容。

化学镀是制备表面金属化复合材料的一种典型方法，其原理是：在不加外电流的情况下，利用还原剂在活化基体材料表面上自催化还原沉积得到金属镀层[姜晓霞，沈伟.化学镀理论及实践.北京：国防工业出版社，2000]。化学镀可施镀于纤维、塑料、织物、树脂、玻璃、陶瓷、单晶硅、金属以及粉体等材料，在纺织化工、电子信息、汽车机械、航天航空、医疗卫生、国防军工以及日常生活等领域有着广泛的应用。

目前，在基体材料表面进行化学镀以实现金属化，传统的工艺是首先必须要进行敏化、活化处理(预处理)，使得在经过表面预处理的基体材料上吸附一定量的具有催化活性的金属晶核，然后再在还原剂的作用下进行化学镀[Xu Lina，Liao Jianhui，Huang Lan，et al.Surface-bound nanoparticles for initiating metal deposition.Thin Solid Film，2003，434(1-2)：121-125]。但此工艺常用的催化剂是金属钯、银等贵金属，不仅贵金属的浪费严重，而且整个过程设备复杂，工艺流程长，操作技术难度较大，制备效率低，导致产品成本较高；各种预处理液不稳定、成分不易控制，大面积镀覆合格率低，产品质量难以满足要求；另外，大量化学试剂的使用也使得生产过程污染较重，不符合经济和社会的可持续发展要求。

利用纳米无机粉体具有表面活性高、比表面积大、催化活性强等特点，取代传统化学镀中的贵金属钯、银等作为自催化活性表面，不需要经过传统化学镀中的敏化、活化等处理工序，即可直接获得表面金属化的复合材料[刘雪峰，隋守军，谢建新.Cu/n-TiO₂/PBO复合纤维的制备.复合材料学报，2008，25(1)：28-34]，具有节约贵重金属，降低产品成本，缩短工艺流程，减少环境污染等优点，可以克服上述传统化学镀方法的不足。但是，仅以纳米无机粉体作为自催化活性表面，采用传统的化学镀方法在基体材料表面实现金属化，存在着镀速较慢、生产效率低、表面金属层欠均匀、金属颗粒较粗大等问题，因而导致产品质量难以满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面金属化复合材料的光催化化学镀制备方法，利用半导体纳米无机粉体在能量等于或大于其带隙能的光子照射下，可激发产生大量的电子-空穴对，而电子具有还原作用，有助于加速金属离子还原的特点，与传统化学镀中的还原剂作用相结合，提高镀速，高效地制备层厚均匀、颗粒细小的表面金属化复合材料，从而达到提高产品质量、降低制备成本的目的。

一种表面金属化复合材料的光催化化学镀制备方法，其特征是以表面包覆半导体纳米无机粉体的纤维、塑料、织物、树脂、玻璃、陶瓷、单晶硅或者金属为基体材料，或以半导体纳米无机粉体本身为基体材料，采用光催化技术与传统化学镀中的还原剂作用相结合，在基体材料表面高效地负载金属，制备高质量、低成本的表面金属化复合材料。

本发明所述的半导体纳米无机粉体为：纳米二氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化锡或者是经过掺杂改性的半导体纳米无机粉体。

本发明所述的经过掺杂改性的半导体纳米无机粉体为：稀土掺杂半导体纳米无机粉体、稀土氧化物掺杂半导体纳米无机粉体、金属掺杂半导体纳米无机粉体或者是氮掺杂半导体纳米无机粉体。

本发明所述的表面负载金属为：铜、银、镍、铝、金、镁、钛、铁或这几种金属组成的合金。

本发明所述表面金属化复合材料的光催化化学镀工艺如下：

1、将半导体纳米无机粉体或表面包覆半导体纳米无机粉体的基体材料直接浸入含有表面所需负载金属的金属盐的化学镀液中，温度范围0～80℃，不停搅拌；

2、在波长为200～400nm的紫外光下照射0.1～40min进行化学镀，反应期间用碱溶液维持镀液pH值为7～13；

3、将表面镀覆金属的复合材料取出，洗涤，于50～200℃真空或保护性气体气氛下烘干处理30～180min，即可制得表面金属化复合材料。