[发明专利]一种水泥基压电复合材料表面镍电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥基压电复合材料表面镍电极的制备方法，属于非金属化学镀技术领域。

背景技术

压电材料因其特殊的机电转换特性，被广泛应用于大型土木工程的健康监测中。压电材料主要包括压电陶瓷和压电复合材料。压电陶瓷的机电耦合效应强，压电应变常数高，但是介电常数较高，所以压电电压常数一般较低。而且它们韧性较差、易脆性开裂，导致由其制作的器件可靠性不高，耐久性差。压电复合材料是20世纪80年代开始兴起研究的新型压电材料，它是以环氧树脂、橡胶或PVDF等聚合物作为基体，以压电陶瓷作为功能体而形成的复合材料。它综合了压电陶瓷和聚合物的特点，具有介电常数小、密度低、韧性好等特点，但是聚合物基压电复合材料仍存在一些缺陷，如极化困难、压电性能不高等，无法很好的应用于大型土木工程的健康监测中。

水泥基压电复合材料是以水泥和聚合物的混合物作为基体材料、以压电陶瓷作为功能体材料。水泥基压电复合材料具有与混凝土相容性良好、强度高、耐久性好、感知灵敏度高及成本低等特点，它的研制在改造传统水泥基材料、拓展其应用领域并推进各类土木工程结构向智能化方向发展具有广泛的工程应用意义，因而在土木工程领域中愈来愈受到人们的重视。但是，由于该水泥基压电复合材料是由水泥、聚合物、压电陶瓷三种不同的材料复合在一起的，水泥为胶凝材料，聚合物为高分子聚合物、压电陶瓷为典型的无机非金属材料，三种材料的组分、工艺过程、形成机制以及形成后的力学性能、表面状态及其它材料特性都有所不同，若使金属涂层同时在这三种材料上具有良好的附着强度并达到均匀一致性非常困难，从而限制了该类水泥基压电复合材料的使用范围。因此，研究适合于此类型的水泥基压电复合材料电极的制备方法，使水泥基压电复合材料发挥优良的压电性能，对水泥基压电复合材料的推广应用具有非常重要的意义。

镍电极是常用电极，而化学镀镍因其镀层具有良好的硬度、耐蚀性、导电性及可焊性等，成为非金属材料表面镍电极制备的有效手段。传统的非金属材料化学镀镍工艺使用 PdCl₂进行酸性粗化-酸性敏化-酸性活化-镀镍工艺，该工艺处理过程比较复杂，PdCl₂的价格昂贵且具有毒性，粒催化活性强，化学镀过程中难免有钯颗粒落入镀液中，影响镀液的稳定性。除此以外，钯盐活化法需在酸性条件下进行，而酸对水泥有很强的腐蚀效果，因此钯盐活化法镀镍不适合水泥基压电复合材料。

目前在水泥基压电复合材料表面进行无钯盐活化化学镀镍的方法尚无文献报道，因此研究开发一种适合水泥基压电复合材料的、在碱性或中性介质中进行粗化、敏化、活化以避免酸性介质对水泥基压电复合材料的侵蚀的化学镀镍工艺，对于水泥基压电复合材料的应用开发及化学镀镍工艺过程的改善有重要意义。除此以外，对节约贵金属使用、降低工艺成本也具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥基压电复合材料表面镍电极的制备方法，该方法根据水泥基压电复合材料的特点，采用化学镀镍方法制备镍电极，通过对化学镀镍方法和工艺参数的改进和优化，所得的镍镀层质量好，与水泥基压电复合材料结合好。

在此之前，发明人已经成功研究出聚合物基压电复合材料表面镀镍工艺，并申报了专利，申请号为：201110271920.3。但是，因为水泥和聚合物的本身特性存在很大的不同，经试验验证，该方法仅适合于聚合物和压电陶瓷组成的复合材料，并不适合水泥基压电复合材料。并且，该方法在粗化、敏化、活化过程中都需要使用酸，这对水泥有很大的腐蚀作用，更不适合于水泥基压电复合材料。因此，发明人针对水泥基压电复合材料自身特性，通过大量研究和实验得到了适合水泥基压电复合材料的化学镀镍方法，工艺流程为：粗化-还原-活化-镀镍，整个过程都在中性或碱性条件下实施，既有效避免了酸性条件对水泥基压电复合材料的侵蚀，又可以在水泥基压电复合材料表面得到性能良好的镀层。