[发明专利]一种复合电镀液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面工程技术领域，更具体地，涉及一种复合电镀液及其制备方法。

背景技术

由于具有优异的化学特性、力学性能、热性能、电性能和自润滑性能，碳纳米管和石墨烯常被作为增强体加入到基体材料中以改进其性能。复合电镀是指在电镀溶液中加入一种或几种不溶性固态增强体，在金属离子电沉积的同时将不溶性的固态增强体颗粒或纤维均匀牢固地结合到金属镀层中的方法。把碳纳米管和石墨烯分散于电镀液中，通过复合电镀技术有望制得性能优异的金属基复合涂层。然而，碳纳米管和石墨烯的表面呈惰性，缺乏活性基团，他们在常规电镀液中的分散性很差；同时碳纳米管之间或石墨烯纳米片之间的范德华引力以及他们与镀液中金属离子的相互作用使得碳纳米管、石墨烯在复合镀液中容易发生缠绕、团聚和分层。这些问题导致它们与金属离子难以形成均匀共沉积，严重影响着复合镀层的质量与性能。因此，提高碳纳米管和石墨烯在电镀液中的分散性和稳定性是采用复合电镀技术制备碳纳米管、石墨烯增强金属基复合涂层必不可少的关键步骤。据文献报道，目前主要改善措施包括碳纳米管和石墨烯表面亲水性改性和表面活性剂辅助分散。表面亲水性改性主要是通过氧化处理或共价嫁接的方法向碳纳米管和石墨烯表面引入大量的羟基、环氧基和羧基等亲水性基团。它可明显改善碳纳米管和石墨烯与水溶剂之间的润湿性。表面活性剂利用位阻效应或电荷效应提高碳纳米管和石墨烯在水溶液中的分散性。已报道的表面活性剂包括有十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸等。上述方法的确可以明显提高碳纳米管和石墨烯在纯水中的分散性，但是当他们与电镀液混合时，仍然会导致明显的团聚和分层现象。主要原因是电镀液中存在大量的金属离子，特别是二价的金属离子(如Cu²⁺，Ni²⁺)，他们会与碳纳米管和石墨烯表面的羧基发生交联作用，导致碳纳米管和石墨烯的不可逆团聚。

发明内容

本发明的目在于克服现有技术的缺陷，提供一种复合电镀液。该复合电镀液中含有阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂，这些复合表面活性剂的协同作用有效解决了碳纳米管和/或氧化石墨烯固体在复合电镀液中分散性和稳定性差的问题。

本发明的另一目的在于提供一种上述复合电镀液的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种复合电镀液，包括固态增强体，复合表面活性剂、盐混合物和去离子水，所述固态增强体为碳纳米管和/或氧化石墨烯，所述盐混合物为铜盐混合物或镍盐混合物。

优选地，所述碳纳米管为羧化碳纳米管，所述复合表面活性剂包括阳离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。

更为优选地，所述羧化碳纳米管为多壁碳纳米管，外径为10～30nm，管长为10～30μm，羧基含量为1～1.23wt.％，所述氧化石墨烯的横向尺寸为0.1～5μm，所述氧化石墨烯的厚度为1～20个原子层。

优选地，所述阳离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或聚二烯丙基二甲基氯化铵，所述非离子型表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚、阿拉伯树胶、环糊精、DNA或聚丙烯酸。

优选地，所述碳纳米管和/或氧化石墨烯的质量与复合表面活性剂的质量比为1：(0.2～8)，所述碳纳米管和/或氧化石墨烯的质量与去离子水的质量比为(0.01～0.1)：100。

优选地，所述铜盐混合物包括CuSO₄·5H₂O和H₂SO₄，所述镍盐混合物包括NiSO₄·6H₂O，NiCl₂·6H₂O和H₃BO₃，所述CuSO₄·5H₂O与去离子水的摩尔体积比为(0.15～0.6)：1mol/L；所述H₂SO₄与去离子水的摩尔体积比为(0.15～0.5)：1mol/L，所述NiSO₄·6H₂O与去离子水的摩尔体积比为(0.2～1)：1mol/L，所述NiCl₂·6H₂O与去离子水的摩尔体积比为(0.05～0.2)：1mol/L；所述H₃BO₃与去离子水的摩尔体积比为(0.1～0.5)：1mol/L。

上所述复合电镀液的制备方法，包括以下步骤：