[发明专利]一种连续电化学沉积制备金属颗粒的方法

说明书

一种连续电化学沉积制备金属颗粒的方法，该方法的主要步骤包括：首先通过控制电沉积参数，在可移动基板上电沉积分散均匀的金属颗粒；然后可移动基底携带电沉积金属颗粒，对基板及上面材料进行清洁或者表面处理；最后利用物理剥离等方法将基底表面的颗粒剥离，并将颗粒分散在溶液中收集。本发明的优点在于：利用电沉积电子还原的办法制备了粒径均匀、分散均匀、表面无活性剂的金属颗粒，并且颗粒与基底接触力小可以采用简单的物理剥离收集颗粒，整个合成过程粒径大小可控，电解液可以重复利用，成本与传统合成金属颗粒方法相比，价格低廉，大小可控。

技术领域

本发明涉及金属颗粒合成领域，具体的，本发明涉及低接触力的金属颗粒以及通过连续电化学沉积调控其粒径从而制备相应金属颗粒的方法。

背景技术

金属颗粒材料是金属材料的重要组成部分，近年来随着金属颗粒各种新颖性能的发现，金属颗粒领域获得了蓬勃的发展，成为制备各种新型功能材料的关键基础材料。发展金属颗粒的制备方法是金属学科发展的基础。传统制备金属颗粒的主要有两种途径：一种是化学法，包括液相还原法、高温热解法等。液相还原法包括水热，溶剂热等方法，液相还原法可以很好的控制颗粒的形貌以及生长过程，但是液相合成反应产量很低，合成过程当中需要添加大量表面活性剂，容易污染合成的颗粒表面，以及后续产生大量废水。高温热解法以及电弧蒸发冷凝法也是合成金属颗粒的常见办法，但是该方法耗能高，合成出来的金属颗粒往往粒径分布很宽，多适用于微米级颗粒。另一种常用的途径是物理法，常用的物理破碎法和蒸发冷凝法，例如球磨、机械粉碎、超声粉碎，将块状的金属原材细分、粉碎从而制备颗粒，但是往往颗粒大小较大并且分布不均匀，获得的材料缺陷较多。整体而言，化学法制备金属颗粒能耗低、过程简单，产物形貌单一性较好；物理法制备得到金属颗粒表面清洁、杂质较少，但是成本高，生产效率低。

金属电沉积是指利用电化学原理，在直流电场或脉冲电场的作用下，在合适的电解液中由阳极和阴极共同构成电沉积回路，从而将溶液中的金属离子沉积至阴极表面。传统的金属电沉积往往用于制备薄膜材料，用于装饰、耐磨、防腐蚀等防护应用，或者制备新的功能性镀层，例如电性能镀层、半导体性能镀层等。通过控制电沉积过程的形核生长过程，可以利用电沉积制备颗粒。但是目前已经公开的有限报道合成的电镀颗粒材料十分有限，大部分也仅仅局限于少量材料的合成或者基板表面的修饰。

CN201710399752.3公开一种电解法制备金属纳米颗粒的方法，以金属盐的水溶液为电解液，氩气保护中阴极发射电子进入电解液电解制备Cu，Fe，Co，Ni。该方法使用高压电源击穿气体产生高速电子，利用高活性电子在合适的电解质还原阳离子得到金属。由于阴极与电解液表面接触，电解过程中电解表面被气膜包裹，因此没有生长基体的存在，使得颗粒互相附着和互相聚集长大的现象明显减弱，可以获得更加细小的颗粒。电解过程中固体颗粒沉入底部，获得金属纳米颗粒。该方法虽然减弱了颗粒间的聚集，但是使用高压电源，制备工艺不能连续进行，并且也不能实现对金属颗粒尺寸的有效调控。

CN201710098703.6公开了一种电沉积制备金属粉末的方法及装置，采用石墨毡或碳毡为阳极材料对电解液进行电解，可通过调整工作电流来调整阴极沉积的金属粉末的形态和大小。该方法由于采用了石墨毡或碳毡作为阳极，其极大的比表面积可使阳极在极小的电流密度下，获得大的工作电流，表现出与传统平面电极不同的特性，能克服传统致密阳极材料的“气幕”和电蚀现象；阴极电流密度的变大使阴极产品由致密向疏松变化，形状由块、片向粒、粉转变，形态由大向小变化，可得到粉末化的金属。可见，该方法需要使用特殊的阳极材料，并且需要较大的阴极电流密度。该方法虽然可以实现电沉积制备金属粉末的连续生产，但是生产成本高，工业化前景较难。

因此，如何实现金属颗粒的连续生产，同时又能有效调控其颗粒粒径尺寸，快速收集所得到的金属颗粒，一直是金属颗粒制备领域的研究难点。

发明内容