（材料学专业论文）碳纳米管增强镍基复合镀层的性能及影响因素分析.pdf

i ? ：，：j 。： _ 1 1 j 摹 ， r j ， ， 。_ jij11j j j1 。 -，、 学位论文数据集i n “, , 1 m 8 1 悄0 7 5 4 中图分类号 t g l 7 学科分类号 4 3 0 2 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 0 6 1密 级公开 学位授予单位代 1 0 0 1 0 学位授予单位名 码 称 北京化工大学 作者姓名郭超学号 2 0 0 4 0 8 0 0 6 l 获学位专业名称材料学获学位专业代码 0 8 0 5 0 2 课题来源自选研究方向金属腐蚀与防护 论文题目碳纳米管增强镍基复合镀层的性能及影响因素分析 关键词 碳纳米管，镍，复合电镀，双向脉冲，表面活性剂，金属微管 论文答辩日期 2 0 0 7 1 0 2 5论文类型 基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教帅左禹教授北京化工大学腐蚀与防护 评阅人1 2 0 0 7 0 0 1 5 6 评阅人2 2 0 0 7 0 0 1 5 7 评阅人3 2 0 0 7 0 0 1 5 8 评阅人4 2 0 0 7 0 0 1 5 9 评阅人5 2 0 0 7 0 0 1 6 0 椭员会拂何业东教授北京科技大学腐蚀与防护 答辩委员l何业东教授北京科技大学腐蚀与防护 答辩委员2 刘建华 教授北京航空航天大学腐蚀与防护 答辩委员3魏刚教授北京化工大学腐蚀与防护 答辩委员4王峰 教授 北京化工大学腐蚀与防护 答辩委员5 赵景茂研究员北京化工大学腐蚀与防护 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码势中查 询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 ii：，lfttl l_i-l-l 北京化工大学博士学位论文 碳纳米管增强镍基复合镀层的性能及影响因素分析 摘要 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。复合镀层是一类以基质金属为均匀连续 相和以不溶性增强体为分散相的金属基复合材料。碳纳米管增强镍基 复合镀层由于综合了碳纳米管的高强度、高模量、良好的自润滑效果 和镍金属的耐高温、耐腐蚀等方面的作用而曰益受到人们的关注。但 已有文献仅对碳纳米管增强镍基复合镀层的部分性能有所简单描述， 本文系统研究了各种工艺参数对碳纳米管增强镍基复合镀层性能的影 响。在本文的工作中首次发现了一种电沉积过程镍金属的管状生长现 象。 本文在传统w a t t s 镀液的基础上添加了经过表面处理的碳纳米管， 通过阴极e i 曲线、表面观察、硬度测试、拉伸试验、极化曲线和交流 阻抗等手段综合研究了各种因素对复合镀层性能的影响。研究发现通 过前处理，本试验所采用的碳纳米管被有效的提纯、裁短、活化，碳 纳米管在复合镀层内均匀分布，分散状态的碳纳米管与镍基体结合紧 密。所得到复合镀层结构致密，厚度均匀。与纯镍镀层相比这种复合 镀层具有更高的硬度和更好的结合力。镀液中碳纳米管浓度的增加有 助于提高镀速，提高镀层的抗开裂性能、与基体的结合力，但c n t s 浓度的增加降低了镀层硬度，同时却损害了镀层表面平整度，降低了 镀层阻抗值，增大了阳极电流。随电流密度的增加复合镀层表面粗糙 度增加，镀层硬度、抗开裂性、与基体附着力、以及耐蚀性都随电流 的升高而增加，在8 a d m 2 左右达到峰值后又开始下降。升高槽液温度 可明显提高镀速和复合镀层硬度，较低温度和较高温度都可获得相对 一_ 北京化工大学博士学位论文 比较平整的n i c n t s 复合镀层。搅拌速度对复合镀层性能影响不显著， 提高搅拌速度可以轻微提高镀速、硬度，增加复合镀层表面粗糙度。 本文首次将双向脉冲方法与碳纳米管增强复合材料结合起来，研 究了脉冲参数与复合镀层性能之间的联系，结果表明负向工作比和脉 冲频率的增加都可以通过反向工作过程中尖端放电的影响优先溶解复 合镀层上的突起部分，使复合镀层表面粗糙度降低。负向工作比和脉 冲频率的增加分别通过增加镍基体溶解过程持续的时间和迅速成核捕 获碳纳米管来增加复合镀层内碳纳米管的含量。复合镀层的硬度主要 受到镍基体的影响随负向工作比和脉冲频率的增加分别呈现上升和下 降的趋势。在3 0 的负向工作比和1 0 0 h z 的脉冲频率条件下获得的 n i c n t s 复合材料由于碳纳米管起到很好的增强增韧效果而具有最好 的抗开裂性能和与基体的结合性力。脉冲参数对镍基体的影响和镀层 中碳纳米管的影响共同作用下使得在3 0 的负向工作比和1 0 0 h z 的脉 冲频率条件下获得的复合镀层在3 5 中性n a c l 溶液中具有最好的耐 蚀性。 综合研究了阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂对碳纳米管增 强镍基复合镀层的碳纳米管含量、表面形貌、硬度、附着力、耐蚀性 等性能并与未添加活性剂的镀层进行比较，发现阴离子活性剂能有效 提高镀层的力学性能而阳离子的作用使得复合镀层的各种性能都有所 下降。由于阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂能分别使碳纳米管 表面带负电荷和正电荷，因此导致了它们与带负电的电极表面分别产 生静电排斥和吸引，因此阴离子表面活性剂降低了镀层内碳纳米管的 含量而阳离子表面活性剂提高了镀层内碳纳米管的含量。阴离子活性 剂在碳纳米管表面的吸附会加速镍离子的还原从而导致镀层粗糙程度 的增加，而吸附有阳离子活性剂的碳纳米更容易吸附在阴极表面造成 团聚，也使复合镀层表面变得更加粗糙。阴离子表面活性剂和阳离子 表面活性剂都能减小复合镀层晶粒的尺寸，它们也引起了镀层的晶面 取向发生了改变。由于阴离子表面活性剂使得金属基体与镀层之间和 北京化工大学博士学位论文 碳纳米管增强体与镍基体之间的结合更加紧密所以提高了复合镀层的 硬度和与基体之间的附着力。而阳离子表面活性剂破坏了金属基体与 镀层之间和碳纳米与镍基体之间的结合所以使得镀层硬度和附着力都 急剧下降。存在阴离子表面活性剂没有破坏碳纳米管增强镍基电沉积 复合材料的耐蚀性能，而阳离子表面活性剂使得膜层致密性变差，失 去对基体的保护效果。 本文首次发现了一种碳纳米管增强镍基金属材料管状生长现象， 这种生长方式与目前金属微管制备方法中的条件复杂、对模板的依赖 性强的特点相比有一定优势。同时探讨了这种复合金属管的生长机理。 研究过程中发现碳纳米管增强镍基金属管状复合材料内壁均匀，管壁 结构致密，大部分金属管在生长过程中直径保持一致，金属管外径尺寸 分布在2 0 0 3 0 0u 聊之间，管壁的厚度约为1 0 2 0 t m 左右。在复合金属 管的生长过程中阴极表面析氢反应形成的氢气泡是复合金属管生长的 重要原因。碳纳米管在氢气一镀液两相界面的吸附起到了稳定氢气和构 建金属管生长基础框架的关键作用。 关键词：碳纳米管，镍，复合电镀，双向脉冲，表面活性剂， 金属微管 i i i 北京化工大学博士学位论文 。fl到 北京化工大学博士学位论文 t h ee f f e c to fd e p o s i t i o np a r a m e t e r so nt h ep r o p e r t i e s o fn i c k e l - c a r b o nn a n o t u b e sc o m p o s i t ec o a t i n g s a b s t r a c t c o m p o s i t ee l e c t r o d e p o s i t i o ni s ap r o c e s st h a ti n t r o d u c e ss o m es o l i d r e i n f o r c e r si n t oap l a t i n gb a t h ，a n dt h er e i n f o r c e r sw i l lc o m b i n ei n t ot h e m e t a lm a t r i xw h e nt h em e t a li o n sr e d u c eo nt h ec a t h o d e s oc o m p o s i t e d e p o s i t s i sam e t a lm a t r i xc o m p o s i t em a t e r i a l ，w h i c hi n c l u d eam e t a l c o n t i n u o u sp h a s ea n dr e i n f o r c e rd i s c o n t i n u o u sp h a s e t h en i c k e l c a r b o n n a n o t u b e s c o m p o s i t es y n t h e s i z e t h eh i g h i n t e n s i t y , h i g hm o d u l u sa n d e x c e l l e n ts e l f - l u b r i c a t i n gp r o p e r t i e so fc a r b o nn a n o t u b e sa n dt h ep y r o l y t i c s t a b i l i t ya n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fn i c k e l ，s ot h i sc o m p o s i t eh a sb e e np a i d m o r ea t t e n t i o ni nt h e s ey e a r s b u tt h ee x i s t e dr e f e r e n c e so n l yg a v es o m e p a r t i a la n ds i m p l er e s e a r c h e so nt h i sc o m p o s i t e s o ，as y s t e m a t i cr e s e a r c h a b o u tt h ee f f e c to fe a c hf a c t o ro nt h ec o m p o s i t ee l e c t r o d e p o s i tw a s p e r f o r m e di n t h i st h e s i s b a s eo nt h i sr e s e a r c h ，t h et u b u l a rg r o w t ho f n i c k e l c a r b o nn a n o t u b e sw a sf i r s t l yf o u n dd u r i n gt h ee l e c t r o d e p o s i t i o n at r a d i t i o n a lw a t t sb a t hw i t ht r e a t e dc a r b o nn a n o t u b e sw a su s e da st h e p l a t i n gc e l l t h ec a t h o d i ce ic h i v e ，s u r f a c em o r p h o l o g y , e l e m e n t sa n a l y s i s ， h a r d n e s s t e s t ，t e n s i l et e s t ，p o l a r i z a t i o n c u r v ea n de l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c es p e c t r u m ( e i s ) w e r ep e r f o r m e dt of i n do u tt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ef a c t o r sa n dt h ec o m p o s i t ec o a t i n g sp r o p e r t i e s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ec a r b o nn a n o t u b e sh a db e e np u r i f i e d ，s h o r t e n e da n da c t i v e d a f t e rt h et r e a t m e n t t h ec a r b o nn a n o t u b e su n i f o r m l yd i s t r i b u t e di n c o m p o s i t ec o a t i n g s a n dt h ed i s p e r s e dc a r b o nn a n o t u b e sc o m b i n e dw i t h n i c k e lm a t r i xt i g h t l y t h er e s u l t a n tc o m p o s i t ec o a t i n gh a sac o m p a c t v 北京化工大学博士学位论文 s t r u c t u r ea n du n i f o r mt h i c k n e s s t h i sc o m p o s i t ec o a t i n ga l s ok e e p sh i g h e r h a r d n e s sa n dc o h e s i o na b i l i t yt h a np u r en i c k e lc o a t i n g i nt h ef o l l o w i n g e x p e r i m e n t si t h a sb e e nf o u n dt h a tt h ei n c r e a s i n go fc a r b o nn a n o t u b e s c o n c e n t r a t i o ni sh e l p f u lt oi m p r o v et h es e d i m e n t a t i o nv e l o c i t y , c o h e s i o no f t h ec o m p o s i t ec o a t i n g sb u td e c r e a s e si t sh a r d n e s sa n ds u r f a c es m o o t h n e s s t h ei n c r e a s i n go fd e p o s i tc u r r e n td e n s i t ym a k e st h ec o a t i n g s s u r f a c e c o a r s e r t h eh a r d n e s s ，c o h e s i o na n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c ei n c r e a s ef i r s t l y w i t ht h ei n c r e a s i n go fc u r r e n td e n s i t y , a n dd e c r e a s ea f t e rr e a c h i n gt h e i r p e a k v a l u e sa t 8 a d m 2 h i g h e r b a t h t e m p e r a t u r e c a n i m p r o v e t h e s e d i m e n t a t i o nv e l o c i t ya n dc o a t i n g sh a r d n e s s as m o o t hs u r f a c ec a nb e p e r f o r m e di ne i t h e rh i g h e rt e m p e r a t u r eo r l o w e rt e m p e r a t u r eb a t h t h e a g i t a t i o nk e e p sw e a ke f f e c t s o nc o m p o s i t ec o a t i n g sp r o p e r t i e s ，a n dt h e i n c r e a s i n go fa g i t a t i o nc a ni m p r o v et h ec o a t i n g ss e d i m e n t a t i o nv e l o c i t y a n dh a r d n e s ss l i g h t l y t h ep u l s er e v e r s ep r o c e s sa n dn i c n t sc o m p o s i t ew a sf i r s t l yu t i l i z e d t o g e t h e rt og a i nap e r f e c tc o m p o s i t e i nt h i st h e s i s t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n p u l s e r e v e r s e p a r a m e t e r s a n dt h ec o m p o s i t ec o a t i n g sp r o p e r t i e s w a s s t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n c r e a s i n go fb o t hr e v e r s er a t i oa n d f r e q u e n c ym a d et h ec o a t i n g s s u r f a c es m o o t h e rb e c a u s et h es e l e c t i v e s o l u t i o no fn i c k e lo nt h eb u m p s t h ec a r b o nn a n o t u b e sc o n t e n t i n c o m p o s i t ec o a t i n g s i n c r e a s e sw i t hh i g h e rr e v e r s er a t i oa n df r e q u e n c y b e c a u s et h ei n c r e a s i n go fr e v e r s er a t i oc a nm a k em o r en i c k e ld i s s o l v e da n d h i g h e rf r e q u e n c yg i v em o r eo p p o r t u n i t i e st oc o m b i n ec a r b o nn a n o t u b e si n c o m p o s i t ec o a t i n g s h a r d e rc o m p o s i t ec o a t i n g sc a nb eg a i n e da t h i g h e r r e v e r s er a t i oa n dl o w e rf r e q u e n c y , w h i c hi sm a i n l ye f f e c t e db yt h en i c k e l m a t r i x t h ec o a t i n gf o r m e da t30 r e v e r s er a t i oa n d10 0 h zk e e p st h eb e s t c o h e s i o nt ot h ec a r b o ns t e e lb e c a u s et h ec a r b o nn a n o t u b e s r e i n f o r c e t h e e f f e c to fn i c k e lm a t r i xa n dc a r b o nn a n o t u b e sm a k et h ec o a t i n gf o r m e da t v i 匆 北京化工大学博士学位论文 3 0 r e v e r s er a t i oa n dlo o h z k e e pt h eb e s tc o r r o s i o nr e s i s t a n c e t h ee f f e c to fa n i o ns u r f a c t a n ta n dc a t i o ns u r f a c t a n to nt h ec a r b o n n a n o t u b e sc o n t e n t ，s u r f a c em o r p h o l o g y , h a r d n e s s ，c o h e s i o na n dc o r r o s i o n r e s i s t a n c eo fc o m p o s i t ec o a t i n g sw a ss t u d i e da n dc o m p a r e dw i t ht h e c o a t i n g s w i t h o u tt h ea s s i s t a n c eo fs u r f a c t a n t t h er e s u l t ss h o w e dt h e a d d i t i o no fa n i o ns u r f a c t a n ti m p r o v e dt h ec o m p o s i t ec o a t i n g s m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sb u tt h ec a t i o ns u r f a c t a n tm a d et h ec o a t i n g sw o r s e t h ea n i o n s u r f a c t a n tm a k e st h ec a r b o nn a n o t u b e sc h a r g e dw i t ha n i o n ss oi td e c r e a s e t h ec a r b o nn a n o t u b e sc o n t e n ti nc o a t i n g sb e c a u s eo ft h ee l e c t r o s t a t i c r e p u l s i o n ，a n dt h ec a t i o ns u r f a c t a n tm a k e st h ec a r b o nn a n o t u b e sc h a r g e d w i t hc a t i o n ss oi ti n c r e a s et h ec a r b o nn a n o t u b e sc o n t e n tb e c a u s eo ft h e e l e c t r o s t a t i ca t t r a c t i o n t h en a n o t u b e sw i t ha n i o ns u r f a c t a n tc a na c c e l e r a t e t h en i c k e li o n sr e d u c t i o no nt h ec a t h o d e ，w h i c hm a k et h ec o m p o s i t e c o a t i n g sc o a r s e r , a n dt h e c a t i o ns u r f a c t a n tc a na l s om a k ec o m p o s i t e s u r f a c e sc o a r s e rb yt h em o r et a n g l e dc a r b o nn a n o t u b e s b o t ha n i o n s u r f a c t a n ta n dc a t i o ns u r f a c t a n tc a nd e c r e a s et h en i c k e lg r a i ns i z ea n d c h a n g et h et e x t u r ec o e f f i c i e n to fc r y s t a lp l a n e t h ea n i o nc a ni n c r e a s et h e c o h e s i o nb e t w e e nt h ea n ds u b s e q u e n t l yi m p r o v ec o a t i n g sh a r d n e s sa n dt h e c o h e s i o nb e t w e e nt h ec o m p o s i t ec o a t i n ga n dt h ec a r b o ns t e e l t h ec a t i o n m a k e st h ec o h e s i o nb e t w e e nc a r b o nn a n o t u b e sa n dn i c k e ld e p o s i t sw o r s e ， s ot h ec o m p o s i t ec o a t i n g sk e e pl o wh a r d n e s sa n dp o o rc o h e s i o nt ot h e c a r b o ns t e e l c o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fc o a t i n g sw i t ha n i o ns u r f a c t a n ti sn o t d e c r e a s e db u tc o a t i n g sw i t ht h ea s s i s t a n c eo fc a t i o ns u r f a c t a n tl o s si t s c o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n dc a nn o tp r o t e c tt h ep a r e n tm e t a le f f e c t i v e l y t h et u b u l a rg r o w t ho fn i c k e l c a r b o nn a n o t u b e sw a sf i r s t l yf o u n dd u r i n g t h ee l e c t r o d e p o s i t i o ni nt h i st h e s i s t h i sp r o c e s si sd i f f e r e n tf r o mt h e e x i s t e dt e m p l a t ea u x i l i a r yd e p o s i t i o np r o c e s sa b o u ti t sc o m p l e xp r o c e d u r e s a n dt h ed e p e n d e n c eo nt e m p l a t em a t e r i a l t h ed e p o s i t i o nm e c h a n i c so ft h i s v i i 肛 北京化工大学博士学位论文 n i c k e lm a t r i xc o m p o s i t ew a sa l s od i s c u s s e di nt h i st h e s i s t h er e s e a r c ho n t h i sm e t a lt u b es h o w st h a tt h ei n n e rs u r f a c eo ft h i st u b ei ss m o o t ha n dt h e t u b e w a l li s c o m p a c t t h eo u t s i d ed i a m e t e r o ft h i st u b u l ei sa b o u t 2 0 0 30 0 聊w i t haw a l lt h i c k n e s so fa b o u t10 - 2 0 聊t h eh y d r o g e n b u b b l e sp l a yag r e a tp a r ti nt h em e t a lt u b ef o r m a t i o n t h ea b s o r p t i o no f c a r b o nn a n o t u b e so nt h ei n t e r f a c eb e t w e e nt h eb u b b l ea n de l e c t r o l y t ei st h e k e yp r o c e d u r e t os t a b i l i z et h eb u b b l eo nt h ee l e c t r o d es u r f a c ea n da c ta st h e f r a m ec o n s t r u c t i o no fn i c k e l i o n sr e d u c e k e y w o r d s ：c a r b o nn a n o t u b e s ，n i c k e l ，c o m p o s i t ee l e c t r o d e p o s i t i o n ，p u l s e r e v e r s ep l a t i n g ，s u r f a c t a n t ，m e t a lm i c r o t u b e v i i i 、矗 k q 北京化工大学博士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 、 第一章文献综述，一1 一 1 1 电沉积工艺简介1 一 1 2 碳纳米管简介- 1 - 1 3 复合电沉积简介一2 1 3 1 复合电沉积的一般概念一2 - 1 3 2 复合镀层的制备特点一3 一 1 3 3 复合电沉积的分类- 4 一 1 3 4 复合屯沉积的反应机理一6 1 3 5 复合电沉积的影响因素- 7 一 1 3 6 纳米复合电沉积发展现状一1 2 一 1 3 7 复合电沉积发展趋势- 1 7 - 1 3 8n i c n t s 复合电沉积研究现状- l8 - 1 5 本章参考文献一2 0 - 第二章实验方法一2 9 2 1 前言。一2 9 - 2 2 实验方法一3 0 2 2 1 实验所用主要试剂一3 0 2 2 2 主要材料和设备- 3 0 2 3 电镀镍的准备工作- 3 卜 2 3 1 镀件的镀前处理- 3l - 2 3 2 电镀实验装置- 3 2 - 2 4n i 一纳米c n t s 复合电镀镀液成分和工艺参数3 3 - 2 5 纳米碳管的处理及分散一3 4 2 6c n t s 添加量的选择一3 5 一 i 北京化工大学博士学位论文 2 7 镀层的耐蚀性测定3 5 2 8 镀层结合力测定3 6 2 9 镀层的硬度测定3 6 2 1 0 碳纳米管形态及官能团的表征3 7 2 1 l 镀层成分结构分析一3 7 2 1 1 1 镀层金相实验及镀层厚度的测定3 7 2 1 1 2 镀层的x 射线分析3 7 2 1 2 本章参考文献3 8 第三章电沉积碳纳米管增强镍基复合材料的性能及影响因素分析一3 9 3 1 前言3 9 3 2c n t s 的前处理及其在镀层中的沉积过程3 9 3 2 1 c n t s 的前处理一3 9 3 2 2n i c n t s 复合镀层的性能和元素分布4 3 3 2 3c n t s 复合电镀机理探讨一4 4 3 3 镀液中c n t s 浓度对镀层性能的影响4 5 3 3 1 镀液中c n t s 浓度对镀层沉积速度的影响4 6 3 3 2 镀液中c n t s 含量对镀层表面形貌的影响4 7 3 3 3 镀液中c n t s 含量对复合镀层抗开裂性和附着力的影响4 8 3 3 4 镀液中c n t s 含量对复合镀层硬度的影响5 0 3 3 5 镀液中c n t s 含量对复合镀层电化学性能的影响一5l - 3 4 电流密度对n i c n t s 复合镀层性能的影响5 2 3 4 1 电流密度对复合镀层碳含量的影响5 3 3 4 2 电流密度对镀层表面形貌的影响5 4 3 4 3 电流密度对复合镀层抗开裂性和附着力的影响5 5 3 4 4 电流密度对复合镀层硬度的影响5 7 3 4 5 电流密度对复合镀层电化学性能的影响5 8 3 5 电沉积温度对镀层性能的影响一5 9 3 5 1 电沉积温度对镀层沉积速度的影响6 0 掣 p 气 q 第四章 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 第五章 5 1 前言8 5 5 2 不同表面活性剂对复合镀层中碳纳米管含量的影响8 6 5 3 不同表面活性剂对复合镀层表面形貌的影响8 7 5 4 不同表面活性剂对复合镀层微观结构的影响8 9 5 5 不同表面活性剂对复合镀层表面硬度的影响9 卜 5 6 不同表面活性剂对复合镀层抗开裂性能及附着力的影响9 2 5 6 i 阴离子表面活性和对复合镀层的抗开裂性能及附着力的影响9 2 5 6 2 阳离子表面活性剂对复合镀层的抗开裂性能及附着力的影响9 4 i i i 北京化工大学博士学位论文 5 7 不同表面活性剂对复合镀层电化学性能的影响9 5 5 8 本章结论一9 8 5 9 本章参考文献一9 9 第六章n i - c n t s 复合电沉积过程的管状生长现象及机理探讨一1 0 1 6 1 前言101 6 2 复合电沉积生长镍基管的形貌特征1 0 2 6 3n i c n t s 金属管的成分分析和x r d 谱图特征1 0 4 6 4n i c n t s 管状物的电化学行为和硬度特征1 0 6 6 5 碳纳米管增强镍基管状物的形成机理探讨一1 0 7 6 5 1 碳纳米管增强镍基金属电沉积管状生长的起冈一1 0 7 6 5 2 碳纳米管在n i - c n t s 管状生长中所起的作用- 1 0 9 6 6n i c n t s 复合屯沉积过程的管状生长机理- 1 1 0 6 7 本章结论- l ll - 6 8 本章参考文献一l1 2 一 第七章总结论一11 5 一 致谢一”8 一 攻读学位期间发表及待发表的学术论文一”9 一 i v 蟛 p ， 北京化工大学博士学位论文 第一章文献综述 ，1 1 电沉积工艺简介 - 电沉积工艺是研究在材料表面金属离子还原成金属并沉积在材料表面的过程 【。该工艺使材料表面具有耐蚀、美观、耐磨等性能【2 卅，是在金属学、金属物理、 物理化学、电化学、力学等学科基础上发展起来的一门综合性边缘学科。电镀这 种表面处理技术可以根据具体要求施加某种镀层而达到各种工艺技术性能的要 求，使金属披一层美丽、适用的外衣，这样金属材料的应用范围就会得到很大范 围的扩大。电镀工艺理论作为一门独立的学科则是从1 9 世纪初才逐渐形成的。由 于石油、化工、电子等工业的蓬勃发展，促进了电镀工艺的研究和应用。经过许 多电化学家和金属学家们的辛勤努力，进行了大量深入而系统的研究，逐步确定 了电镀工艺的基本规律，奠定了腐蚀理论基础【7 1 2 1 。 解放前我国的电镀几乎是一穷二白，解放后在广大科技工作者的努力下，我 国的电镀工业得到了很大的发展，与世界先进国家的差距越来越小【1 3 , 1 4 1 。我国经 济一直持续高速增长，世界制造业与加工业的中心正在向我国转移，电镀技术不 仅仅在传统工业中扮演重要角色；在高新技术产业，如现代电子技术，微电子技 术，通讯技术及产品制造上发挥愈来愈大的作用【1 5 。1 7 】。 k 。q 1 2 碳纳米管简介 自从日本学者饭岛澄男( s i i j i m a ) t 1 。g 1 9 9 1 年首次发现和提出c 碳纳米管”以来， 由于其独有的结构和奇特的物理、化学特性以及潜在的应用前景而日益受到人们 的关注，并引起了各国科学家的极大兴趣，目前已成为物理学、化学、材料学等 领域的国际研究热点之一。碳纳米管被称为“纳米材料之王”，具有不寻常的机械 性能、电学、光学和磁学性能等，在超强复合材料、储氢材料、场致电子发射、 超级电容器、锂离子充电电池的电极材料、吸波或隐身材料等领域具有广泛的应 北京化工大学博士学位论文 用前景 1 9 , 2 0 】。 碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管，相邻 的同轴圆柱面之间的间距与石墨的层间距相当，约为0 3 4n m ，根据碳纳米管管壁 中碳原子层的数目被分为单层或多层碳管。其中石墨层可以因卷曲方式不同而具 有手性。碳纳米管的直径一般为几纳米至几十纳米，长度为几至几十微米2 1 , 2 2 】。 碳纳米管的直径和长度以及结构随不同的制备方法及条件的变化而不同，从而影 响到碳纳米管的物理性质。如碳纳米管可以因直径或手性的不同而呈现很好的金 属导电性( 椅型碳管) 或半导体性。作为典型的一维量子输运材料，用金属性单层碳 纳米管制成的三极管在低温下表现出典型的库仑阻塞和量子