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金纳米粒子在非金属化学镀中的应用研究

作　者: 王艺涵
导　师: 马洪芳
学　校: 山东建筑大学
专　业: 材料学
关键词: 金纳米粒子活化化学镀 ABS塑料陶瓷
分类号: TQ153
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着科技的发展,新材料不断产生,非金属材料金属化成为研究热点。在材料本身性能的基础上,通过金属化技术使其具有导电导磁、耐冲击力、抗高温氧化及电催化等性能。由于非金属材料不具有自催化活性,被视为难镀基材。因此非金属材料施镀前需进行严格的前处理,使其表面形成利于金属原子沉积的活性点。纳米粒子比表面积大,表面原子数多,表面原子配位不饱和性导致其具有大量的悬空键,因此有很强的催化活性及吸附能力,与其它纳米粒子相比,金纳米粒子易王制备,相对稳定。本课题将金纳米粒子应用于塑料和陶瓷化学镀前处理活化工艺,制备性能优异的化学镀铜层和化学镀镍层。在油酸钠保护下,用液相还原法制备金纳米溶液；采用紫外-可见光谱仪和透射电子显微镜表征金纳米粒子,结果显示金纳米粒子呈类球形,粒径分布均匀,平均粒径约为50nm；金纳米粒子溶液浓度低,为3.3×10-4mol/L,用作活化溶液处理塑料和陶瓷基体时,可反复使用,方便经济。采用H2O2/H2SO4溶液对ABS塑料进行化学粗化,然后再用金纳米粒子活化处理,与传统钯活化工艺相比,简化了前处理工艺,将“粗化-敏化-活化”三步简化为“粗化-金纳米活化”两步。以上过程均在室温下进行,节约了能源；同时避免了粗化步骤中Cr6+及活化步骤中贵金属钯的使用,环境友好。X射线光电子能谱仪(XPS)对活化后的基体进行测试,证实金纳米粒子成功吸附在ABS塑料表面。以化学镀铜沉积速度为评价指标,通过正交试验,得出了ABS塑料化学镀铜工艺的最佳配方及参数,沉积速度达5.027μm/h,且镀层均匀平整,有金属光泽。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析铜镀层的微观形貌、晶体结构及成分,结果表明镀层致密均匀,具有晶态结构,为铜单质。划痕试验显示镀层结合力优异。以上结果表明,金纳米粒子具有很强的催化性能,吸附在塑料基体表面形成大量活性中心,为铜原子的沉积提供成核中心。陶瓷基体通过氢氧化钠(NaOH)碱性粗化和浓硫酸(H2SO4)/氢氟酸(HF)酸性粗化,增加表面微观粗糙度,实现化学镀所需要的“锁扣效应”,为活性中心及镀层的形成提供重要基础。利用金纳米溶液进行活化,金纳米粒子吸附在陶瓷表面,为化学镀铜及镀镍提供沉积中心。通过单因素试验,控制镀液各组分的浓度、施镀温度及装载量,研究各工艺参数对化学镀铜及镀镍沉积速度的影响,确定了陶瓷化学镀的最佳工艺条件。对镀层进行SEM、XRD、EDS、XPS及结合力测试。与传统钯活化工艺相比,金纳米活化后所得镀层微观形貌更加致密均匀且结合力优异。SEM测试表明,通过金纳米活化后制备的化学镀镍层颗粒细小均匀；经过4000C热处理1小时,镀层表面无裂痕,结合力好。XRD测试表明镀态化学镀镍层为非晶结构,热处理后镀层完全晶化,出现了Ni和Ni3P晶相。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章概述  10-22
  1.1 纳米概述  10-12
  1.2 化学镀铜及化学镀镍  12-16
  1.3 非金属材料的化学镀  16-20
  1.4 本文研究目的及研究内容  20-22
第2章实验部分  22-26
  2.1 实验材料  22
  2.2 仪器与设备  22
  2.3 金纳米溶液的合成  22-23
  2.4 化学镀实验  23-24
  2.5 测试及方法  24-26
第3章金纳米活化塑料化学镀铜的研究  26-40
  3.1 前言  26
  3.2 金纳米溶液的制备  26-28
  3.3 金纳米活化塑料化学镀铜层的制备  28-34
  3.4 塑料化学镀铜层的性能测试  34-38
  3.5 小结  38-40
第4章金纳米活化陶瓷化学镀铜及化学镀镍的研究  40-64
  4.1 前言  40
  4.2 陶瓷基体化学镀前处理  40-42
  4.3 陶瓷化学镀铜  42-51
  4.4 陶瓷化学镀镍  51-62
  4.5 活化机理的探索  62-63
  4.6 小结  63-64
第5章结论  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况  72

金纳米粒子在非金属化学镀中的应用研究

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