[发明专利]一种耐腐蚀电极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电子器件领域，具体涉及一种耐腐蚀石墨烯和金属复合的电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着自动控制和微电子技术的发展，越来越多的设备需要在强酸、强碱、腐蚀性气氛、高温等恶劣环境下工作。无论是大型输电线路、常规工业仪器，还是微电子器件和电路都离不开连接各个元件和线路的插座、插头及电极(下面统称电极)。由于需随时、频繁切换，通常无法将设备中的电极等材料严格密封起来，但是电极若裸露或密封不佳时，其材料表面极易受环境中的介质腐蚀，例如，海洋船舶中一些电力设备、控制装置等中，通常会在海水或潮湿的环境工作，极易腐蚀其电极；电化学反应池中，通常含强酸、强碱也极容易腐蚀其电极，再如在SO₂等含量较高的大气环境下工作的电极也容易腐蚀；同时电极材料本身还可能氧化，例如：微电子器件和电路中，其电极通常是铜材料，本身容易氧化，使用过程中也会因各种原因使电极氧化从而影响导电性能。金属的腐蚀通常分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。其中，化学腐蚀是指金属表面在各种化学介质作用下受到的腐蚀，具体包括：(1)干燥气体同金属接触使金属表面形成化合物，例如形成氧化物等；(2)金属在液体中受到的腐蚀：些金属在石油、乙醇等有机溶液中会受到腐蚀；常见的电化学腐蚀就是指金属与电解质溶液接触过程中产生电流而形成的腐蚀；金属在潮湿的空气中和各种酸、碱、盐溶液中会受到不同程度的腐蚀等。目前，电缆的插座、插头以及一些电极均使用铜制备，但铜在潮湿的空气中易氧化，而且在酸碱溶液中也会被腐蚀。所以常规的铜电极不能用于上述这些环境中。而在高温、强酸、强碱的环境中使用的多为铂电极(Pt)和金电极(Au)，这两种材料具有很高的化学稳定性和导电性。室温下，铂和金的电阻率分别为1.1×10^-7Ω·m和2.4×10^-8Ω·m。虽然这两种材料制作的电极具有很好的传导性，并且不易被腐蚀。但其主要缺点是铂和金均为贵金属，开采和提炼成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种耐腐蚀电极及其制备方法和应用，可以提高电极的抗腐蚀性能，并且成本低廉。

本发明提供的耐腐蚀电极（如图1所示），其特征在于，在金属电极的表面包裹有石墨烯。

金属电极可采用铜、镍、Cu-Ni合金或者铁等材料。

石墨烯层数为单层、双层或多层。

进一步提供一种耐腐蚀电极的制备方法，制备工艺如下：

1、金属电极的制备；

利用金属Cu、Ni或者Cu-Ni合金制作插头、插座的电极，并且利用丙酮、乙醇和稀盐酸等处理掉金属表面的杂质，包括氧化物和各种油污等。

2、利用CVD法在上述金属电极上制备石墨烯层；

利用化学气相沉积法，在上述金属电极上制备石墨烯层。通常使用的碳源是甲烷、乙烯、乙炔等气体，反应中的其他辅助气体为氢气和氩气，其中氢气起还原作用，氩气起保护作用。基本反应如下：反应中始终通入氢气和氩气，氢气用于还原掉金属表面的氧化物，氩气起到保护作用。待温度升到T₁(根据不同工艺T₁可为600-1100°C)后，先保温退火一段时间，然后通入甲烷、乙烯或者乙炔等碳源。碳源在T₁高温作用下会发生裂解，然后再金属铜或镍的催化作用下在金属表面生长为石墨烯。这样便可形成石墨烯包裹金属Cu的复合结构，然后等温度下降到室温后，将石墨烯-铜复合结构从反应炉中取出。

本发明的基本原理：

本发明拟利用铜、镍或者铜-等金属表面生长石墨烯的复合材料替代贵金属(如铂、金等)制作耐腐蚀导电插头、插座及电极，用于高温、强酸、强碱等环境，或者在铜电极表面用石墨烯覆盖提高铜电极的抗氧化能力。