[发明专利]三维微米级多孔铜薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及多孔材料的制备方法，具体涉及一种形貌可控三维多孔铜薄膜的制备方法。

背景技术

多孔金属材料是多孔材料的重要组成部分，由金属骨架和孔隙组成，是一种导电性好、形状稳定、耐高温、抗冲击力强等综合力学性能好的功能材料。多孔金属既可作为许多场合的功能材料，也可作为一些场合的结构材料，是一种性能优异的多用工程材料。多孔铜以其优异的电学和热学性能被广泛应用在航空航天、燃料电池、催化剂载体、物质分离和光电器件等领域方面。

目前，制备多孔铜的方法主要有去合金化法、粉末冶金法及模板法等。张忠华等(一种纳米多孔铜的制备方法，中国发明专利，CN101590528A，2009-06-19)和梁淑华等(一种增强型纳米多孔铜的制备方法，中国发明专利，CN102329977A，2012-01-25)均采用去合金化方法，制备的纳米多孔铜平均韧带尺寸为148～272nm，导电率高，结构稳定，但存在孔径分布不均匀、易出现韧性断裂、孔隙率低等不足。周蕤等（周蕤，陆龙生.材料热处理技术，2011，40(4):59-62）将泡沫铜与铜粉进行复合烧结后形成复合多孔材料，所制备的多孔铜收缩率小，但孔径变化较大且材料孔隙率较低。王清周等（王清周，李诺，王倩，吴爱忠，崔春翔.机械工程材料.2011，35(4):53-56）以NaCl为造孔剂，采用烧结-脱溶法制备了开孔多孔铜，孔形貌、大小与NaCl颗粒相似，孔隙率为67.2%，平均孔径为0.75mm，虽然该方法制备的开孔多孔铜与致密铜相比具有较好的压缩吸能特性，但孔径偏大，易出现韧性断裂。

模板法又分为固态模板法和气态模板法。由于气泡具有大小可调、均匀性好、可消去性等优点，在多孔材料的制备中应用广泛。孙雅峰等（孙雅峰，牛振江，岑树琼，李则林.电化学.2006,12(2):177-182）同样以氢气泡作为动态模板，在硫酸铜浓度0.2mol/L、H₂SO₄含量1.5mol/L，电流密度1.0～6A/cm²、溶液温度范围20～70℃、支持电解质浓度0～1.5mol/L以及PEG质量浓度2mg/L的镀液体系中，制备三维多孔铜薄膜。该工艺存在以下不足：(1)镀层三维结构不明显(2)孔径可调区域窄，最大只能达到100μm，最小能到25μm。(3)镀层呈树枝状，疏松易脱落。(4)同批次中的孔径均匀性较差，如在电流密度3A/cm²，温度20℃下的制备的孔径为40±25μm。Heon-Cheol等（Heon-Cheol Shin,Meilin Liu.Chem.Mater.2004,16,5460-5464）以氢气泡作为动态模板，在硫酸铜浓度为0.2～0.8mol/L、沉积时间10～60s、醋酸浓度0～0.2mol/L、Cl^-浓度1～50mmol/L、电流密度3A/cm²的体系中获得了孔径为50±20μm的三维多孔铜，所制备的多孔铜薄膜存在孔径一致性差、变化范围较大、镀层容易脱落且缺乏实用性。Ying Li等（Ying Li,Wen-Zhi Jia,Yan-Yan Song,Xing-Hua Xia.Chem.Mater.2007,19,5758-5764）在以往研究的基础上，通过添加气泡稳定剂十六烷基三甲基溴化铵抑制气泡之间的合并，在孔径均匀度方面有较大改善，孔径最小偏差只有5μm。但同样存在镀层结合力差且孔径调节范围偏小，制备的多孔铜孔径最大为150μm、最小为10μm。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔铜薄膜的制备方法，其能够克服上述方法的某种或某些缺点。

根据本发明的多孔铜薄膜的制备方法包括：

提供金属基底作为阴极并提供紫铜片作为阳极；

配制电镀液，所述电镀液中Cu²⁺含量为0.08～0.2mol/L、H₂SO₄含量为1.50～3.00mol/L、表面活性剂总含量为0.5～4.0mmol/L、Cl^-含量为1.5～3.0mmol/L；以及

利用所述电镀液、所述阴极和所述阳极，采用氢气泡动态模板电沉积法在所述金属基底上形成三维多孔铜薄膜。

金属基底可以为紫铜片、铜锌合金片、铝片、钛片或镁铝合金片。