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纳米碳纤维表面磁性涂层的研究

作　者: 宋瑞霞
导　师: 谢广文
学　校: 青岛科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 纳米碳纤维化学镀沉积速率 Ni-Fe-Co-P合金涂层电磁性能
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

纳米碳纤维是一种新型碳材料，由于其具有优异的物理、化学性能，在结构增强材料、电池电极材料、微波吸收材料和电磁屏蔽材料等领域有着广阔的应用前景，近几年得到了广泛的研究。为了进一步提高纳米碳纤维的电磁性能，增强其与金属、陶瓷基体的界面结合强度，本文采用化学镀的方法在其表面沉积一层Ni-Fe-Co-P合金涂层。本文主要内容分为两部分：首先，采用铁片为试样，对化学镀的镀液配方、工艺条件和镀液稳定性进行研究。采用增重法计算化学镀反应的沉积速率。实验结果表明，当其它条件不变时，随着氯化镍浓度的增加，沉积速率随之迅速增大。但当氯化镍的浓度超过18g.L^-1之后，镀液稳定性下降，镀层粗糙，呈现暗灰色；沉积速率随硫酸钴浓度的增加先是降低，当硫酸钴的浓度达到16g.L^-1时，沉积速率出现最低点，之后，沉积速率又逐渐升高，但是镀液稳定性下降，镀层表面粗糙，呈现暗灰色；随着硫酸亚铁铵浓度的增加，沉积速率逐渐降低；随着[Co²⁺]／[Fe²⁺]的逐渐增大，沉积速率逐渐增大，当[Co²⁺]／[Fe²⁺]超过3∶1后，镀层性能随之下降，样品表面镀层易脱落，呈暗灰色；随着[Fe²⁺]／[Ni²⁺]的逐渐增大，沉积速率逐渐减小；随着[Co²⁺]／[Ni²⁺]的逐渐增大，沉积速率逐渐减小；随着络合剂浓度增加，沉积速率逐渐增大，镀液中络合剂的浓度低于55g·L^-1时，镀层表面粗糙、灰暗；随着氨水添加量的增加，沉积速率逐渐增大；随着还原剂浓度的增加，沉积速率迅速增大。根据EDS分析结果可知，随着[Co²⁺]／[Ni²⁺]的逐渐增大，镀层中镍的含量逐渐减小，钴的含量逐渐增大，铁、磷元素的含量变化很小。因此，可通过控制镀液中金属离子的浓度，控制镀层表面金属元素的含量，从而控制镀层的性能。其次，研究了在纳米碳纤维表面沉积连续、均匀的Ni-Fe-Co-P合金涂层的工艺。利用此化学镀工艺在经过敏化、活化处理后的纳米碳纤维表面沉积出Ni-Fe-Co-P合

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 文献综述及课题选择  11-27
  1.1 引言  11
  1.2 纳米材料的特性  11-13
    1.2.1 小尺寸效应  11-12
    1.2.2 表面效应  12
    1.2.3 量子尺寸效应  12-13
    1.2.4 宏观量子隧道效应  13
  1.3 纳米碳纤维的概述  13-18
    1.3.1 纳米碳纤维的应用  14-16
      1.3.1.1 增加电导率的附加剂  14
      1.3.1.2 改进力学性能的增强剂  14
      1.3.1.3 控制热膨胀系数的添加剂  14-15
      1.3.1.4 储氢  15
      1.3.1.5 催化剂和催化剂载体  15
      1.3.1.6 作为场电子发射材料  15
      1.3.1.7 作为电容器电极材料  15
      1.3.1.8 作为雷达波的吸收材料  15-16
    1.3.2 纳米碳纤维的制备方法  16-17
      1.3.2.1 基体法  16-17
      1.3.2.2 喷淋法  17
      1.3.2.3 化学气相沉积法  17
      1.3.2.4 气相流动催化法  17
    1.3.3 纳米碳纤维表面沉积金属磁性涂层  17-18
  1.4 化学镀的理论和技术基础  18-22
    1.4.1 化学镀技术的历史及现状  18-20
    1.4.2 化学镀反应机理研究概况  20-22
      1.4.2.1 原子氢态理论  20
      1.4.2.2 氢化物传输理论  20-21
      1.4.2.3 电化学理论  21
      1.4.2.4 羟基-镍离子配位理论  21-22
  1.5 纳米碳纤维化学镀方面的研究及应用状况  22-25
    1.5.1 纳米碳纤维化学镀基本理论  22-23
    1.5.2 纳米碳纤维化学镀过程的稳定性的影响因素  23-24
      1.5.2.1 表面活性剂  23
      1.5.2.2 镀液的pH值  23
      1.5.2.3 温度  23-24
      1.5.2.4 纳米碳纤维在镀液中的分散状态  24
    1.5.3 镀Fe、Co、Ni的纳米碳纤维的表征  24
    1.5.4 表面沉积金属磁性涂层的纳米碳纤维的应用前景  24
    1.5.5 纳米碳纤维化学镀方面的研究现状及存在的问题  24-25
  1.6 课题的选择  25-27
    1.6.1 课题选择的依据  25-26
    1.6.2 本课题的研究内容和意义  26-27
2 化学镀镀液配方及工艺条件的研究  27-46
  2.1 实验仪器与试剂  27-28
  2.2 化学镀镍铁钴磷镀液配方及工艺的研究  28-30
    2.2.1 化学镀工艺流程  28-29
    2.2.2 试样的预处理  29
    2.2.3 化学镀液的配制  29-30
  2.3 分析测试方法  30
  2.4 沉积速率的测定  30-31
  2.5 结果与讨论  31-43
    2.5.1 主盐浓度对沉积速率及镀层性能的影响  31-38
      2.5.1.1 氯化镍浓度的影响  31-32
      2.5.1.2 硫酸钴浓度的影响  32-34
      2.5.1.3 硫酸亚铁铵浓度的影响  34-35
      2.5.1.4 [Co~(2+)]／[Fe~(2+)]的影响  35-36
      2.5.1.5 [Fe~(2+)]／[Ni~(2+)]的影响  36-37
      2.5.1.6 [Co~(2+)]／[Ni~(2+)]的影响  37-38
    2.5.2 [Co~(2+)]／[Ni~(2+)]对镀层成分含量的影响  38-39
    2.5.3 络合剂浓度对沉积速率及镀层性能的影响  39-41
    2.5.4 氨水添加量对沉积速率的影响  41-42
    2.5.5 还原剂对沉积速率的影响  42-43
  2.6 本章小结  43-46
3 纳米碳纤维表面化学镀镍铁钴磷合金  46-60
  3.1 实验仪器与试剂  46-47
  3.2 实验装置  47-48
  3.3 实验步骤  48-51
    3.3.1 纳米碳纤维化学镀的工艺流程  48
    3.3.2 纳米碳纤维的敏化与活化  48-49
    3.3.3 纳米碳纤维表面镀Ni-P  49-50
      3.3.3.1 化学镀液的配制  49-50
      3.3.3.2 镀覆过程  50
    3.3.4 纳米碳纤维表面镀Ni-Fe-Co-P  50-51
      3.3.4.1 化学镀液的配制  50
      3.3.4.2 镀覆过程  50-51
  3.4 分析测试方法  51
    3.4.1 扫描电子显微镜(SEM)  51
    3.4.2 X射线衍射能谱(EDS)分析  51
    3.4.3 磁性能及其微波吸收性能的测量  51
  3.5 结果与讨论  51-59
    3.5.1 敏化的影响  51-53
    3.5.2 活化的影响  53
    3.5.3 化学镀前后纳米碳纤维的形貌  53-55
    3.5.4 纳米碳纤维镀层成分分析  55-56
    3.5.5 镀Ni-Fe-Co-P合金纳米碳纤维的磁性能及微波吸收性能  56-59
  3.6 本章小结  59-60
4 论文工作总结  60-62
参考文献  62-67
致谢  67-68
攻读硕士期间发表的论文  68-69
独创性声明  69
关于论文使用授权的说明  69

纳米碳纤维表面磁性涂层的研究

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