一种基于石墨烯导电层电镀法制备泡沫铜的方法

1.本发明涉及泡沫铜领域，具体涉及一种基于石墨烯导电层用电沉积技术制备泡沫铜的方法。


背景技术：

2.泡沫金属是近年来迅速发展起来的一种在结构和功能都非常出众新型工程材料，具有三维网状结构。固体泡沫金属因其特殊的结构和极轻的强度和相对较高的刚度而受到广泛关注，在运输和航空工业领域主要用于散装或板的形式。铜是金属中导热率第二高的金属，是传热和相关应用的潜在候选材料，泡沫铜作为电化学和光催化性能的基底是一种战略材料。
3.传统的泡沫铜制备工艺流程主要包括4个环节:聚氨酯泡沫塑料预处理、化学镀、电镀、热处理。在其预处理阶段要经过粗化、敏化、活化等流程，过程相对复杂。虽然化学镀铜在很多领域得到了广泛的应用，但目前化学镀铜仍然存在着以下问题：(1)相对于其他还原剂，以甲醛为还原剂的化学镀铜工艺研究较为成熟，但是甲醛具有致癌性，会对现场操作人员身体造成伤害；(2)化学镀铜的沉积速率偏低，无法满足镀厚铜的要求；(3)稳定性不够。针对以上问题本研究提供了一种电沉积前，在海绵基体上沉积石墨烯导电层来简化预处理和化学镀的方法。合成石墨烯的原料可以是天然石墨或者层状石墨烯提纯，成本低廉，而且石墨烯有着吸附性，高导热性和导电性，电阻相对较低，用电剥离方法制备成石墨烯导电层也是简化繁琐的传统方法，后继用浸渍法配合电沉积法进行制备的同时可以获得高孔隙率、镀层均匀的泡沫铜，具有的现实意义和参考价值。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于简化泡沫铜的制备，提出了一种基于石墨烯导电层电沉积法制备泡沫铜的方法。
5.本发明步骤是：
6.一种基于石墨烯导电层的电沉积法制备的泡沫铜的方法，其特征在于具体步骤为：
7.首先在室温条件下，把0.1m的(nh4)2so4和0.01m的nh3·
h2o做为电解液，搅拌溶解；
8.阴阳极均为等尺寸的石墨箔片，以硫酸铵作为电剥离石墨烯的溶液，电压为3-7v,时间为1-2h，剥离同时置于超声分散仪中；
9.将聚氨酯泡沫浸渍于石墨烯溶液中，完全浸渍后烘干。浸渍时间12-24h，浸渍次数2-3次，得到带有导电层的聚氨酯海绵a；
10.将得到的聚氨酯海绵在硫酸铜混合溶液中进行电镀。使用高纯度的可溶性阳极，所用镀液为酸性镀液，硫酸铜190-220g/l，硫酸60-70g/l，开缸剂5-8ml/l，填平剂0.4-0.6ml/l，主光剂0.4-0.6ml/l。电流为0.5-1.2a，电镀时间为1-4h，温度18-28℃。即可得到表面镀层均匀的泡沫铜b。
11.对电镀后的b进行烧结还原。
12.进一步的，气氛炉中放入酸性镀后的产物b，升温加热烧结，使聚氨酯基体充分分解。升温速度为2-3℃/min，热解温度400℃，保温时间2h；
13.进一步的，打开真空泵抽去炉中空气，再充入氮气洗炉，洗炉后往内通入氢气和氮气的混合气体，其体积比为3:1。炉膛温度设置在300℃，对氧化泡沫铜还原两小时；
14.进一步的，将炉膛继续升温到850℃后，保温两小时并随炉冷却，完成退火过程，即可得到制备好的泡沫铜。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是:
16.本发明提供了一种基于石墨烯导电层电沉积制备泡沫铜的一种方法，利用石墨烯的导电性，吸附性，使其附着于聚氨酯泡沫表面，简化了传统制备泡沫铜的繁琐预处理方法。通过调节浸渍石墨烯溶液的时间、次数可控制石墨烯负载量，调节电镀参数可以实现对镀层厚度，均匀性的控制，进而实现对泡沫铜力学性质，孔隙率等的调控。
附图说明
17.无
具体实施方式
18.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1
20.(1)在室温下阴阳极均用两片大小相同石墨箔片，石墨箔片尺寸均为4cm
×
5cm，插入0.1m的(nh4)2so4和0.01m的nh3·
h2o的电解液中，同时在超声分散仪中进行电化学剥离石墨烯。电压为6v,反应时间为2h。
21.(2)将3cm
×
4cm，厚度5mm的聚氨酯海绵浸渍于剥离出的石墨烯溶液中，浸渍24h，取出放入60℃烘箱中烘干后再浸渍，如此重复三次，得到带有导电层的聚氨酯海绵。
22.(3)在干燥状态称量(2)中得到的聚氨酯海绵，然后将干燥的聚氨酯海绵在硫酸铜混合溶液中进行电镀。在所用镀液酸性镀液中，硫酸铜220g/l，硫酸65g/l，开缸剂6ml/l，填平剂0.5ml/l，主光剂0.4ml/l，电流为1.2a，电镀时间为3.5h，温度28℃。可得到表面镀层均匀的镀件，用蒸馏水冲洗镀件表面镀液，晾干待用，晾干后再次称量。
23.(4)将得到的镀件放入气氛炉中升温加热烧结，使聚氨酯基体充分分解。升温速度为2℃/min，热解温度400℃，保温时间2h。打开真空泵抽去炉中空气，再充入氮气洗炉，洗炉后往内通入氢气和氮气的混合气体，其体积比为3:1。炉膛温度设置在300℃，对氧化泡沫铜还原2h；将炉膛继续升温到850℃后，保温2h并随炉冷却，完成退火过程，即可得到制备好的泡沫铜。
24.实施例2
25.(1)在室温下阴阳极均用两片大小相同石墨箔片，石墨箔片尺寸均为4cm
×
5cm，插入0.1m的(nh4)2so4和0.01m的nh3·
h2o的电解液中，同时再超声分散仪中进行电化学剥离石
墨烯。电压为5v,反应时间为2h。
26.(2)将3cm
×
4cm，厚度5mm的聚氨酯海绵浸渍于剥离出的石墨烯溶液中，浸渍24h，取出放入60℃烘箱中烘干后再浸渍，如此重复三次，得到带有导电层的聚氨酯海绵。
27.(3)在干燥状态称量(2)中得到的聚氨酯海绵，然后将干燥的聚氨酯海绵在硫酸铜混合溶液中进行电镀。在所用镀液酸性镀液中，硫酸铜220g/l，硫酸65g/l，开缸剂c6ml/l，填平剂0.5ml/l，主光剂0.4ml/l，电流为0.6a，电镀时间为3h，温度28℃。可得到表面镀层均匀的镀件，用蒸馏水冲洗镀件表面镀液，晾干待用。
28.(4)将得到的镀件放入气氛炉中升温加热烧结，使聚氨酯基体充分分解。升温速度为2℃/min，热解温度400℃，保温时间2h。打开真空泵抽去炉中空气，再充入氮气洗炉，洗炉后往内通入氢气和氮气的混合气体，其体积比为3:1。炉膛温度设置在300℃，对氧化泡沫铜还原2h；将炉膛继续升温到850℃后，保温2h时并随炉冷却，完成退火过程，即可得到制备好的泡沫铜。
29.实施例3
30.(1)在室温下阴阳极均用两片大小相同石墨箔片，石墨箔片尺寸均为4cm
×
5cm，插入0.1m的(nh4)2so4和0.01m的nh3·
h2o的电解液中，同时再超声分散仪中进行电化学剥离石墨烯。电压为4v,反应时间为4h。
31.(2)将3cm
×
4cm，厚度5mm的聚氨酯海绵浸渍于剥离出的石墨烯溶液中，浸渍24h，取出放入60℃烘箱中烘干后再浸渍，如此重复三次，得到带有导电层的聚氨酯海绵。
32.(3)在干燥状态称量(2)中得到的聚氨酯海绵，然后将干燥的聚氨酯海绵在硫酸铜混合溶液中进行电镀。在所用镀液酸性镀液中，硫酸铜220g/l，硫酸65g/l，开缸剂6ml/l，填平剂0.5ml/l，主光剂0.4ml/l，电流为0.5a，电镀时间为2.5h，温度28℃。可得到表面镀层均匀的镀件，用蒸馏水冲洗镀件表面镀液，晾干待用。
33.(4)将得到的镀件放入气氛炉中升温加热烧结，使聚氨酯基体充分分解。升温速度为2℃/min，热解温度400℃，保温时间2h。打开真空泵抽去炉中空气，再充入氮气洗炉，洗炉后往内通入氢气和氮气的混合气体，其体积比为3:1。炉膛温度设置在300℃，对氧化泡沫铜还原2h；将炉膛继续升温到850℃后，保温2h并随炉冷却，完成退火过程，即可得到制备好的泡沫铜。
34.结论：用电剥离法制出的石墨烯溶液直接浸渍聚氨酯泡沫3次可制得导电层，提高了聚氨酯泡沫的导电性，继而进行酸性电镀，简化了聚氨酯泡沫导电层制备过程的同时也简化了泡沫铜的传统制备工艺。
35.以上实施例仅用以说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。