[发明专利]一种微纳米复合多孔铜表面结构及其制备方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及多孔表面的制备，特别涉及一种微纳米复合多孔铜表面结构及 其制备方法与装置。

背景技术

多孔金属材料具有比表面积大和贯通性的特点，可与气相或液相充分接触， 在电池、电化学电容器、电化学传感器、化学催化、强化传热沸腾等领域有广 泛的应用。铜作为优良的传热材料，其多孔结构在强化沸腾传热领域具有明显 优势。由于多孔铜导电性能优异，在镍锌电池和双电层电容器的电极材料上的 应用也受到重视。多孔金属铜的制备方法有很多，包括粉末冶金法、铸造法、 烧结法、脱合金法、金属沉积法、熔融金属发泡法等，但这些方法或是成本高、 工艺复杂，或是所制备的多孔铜结构不均一、可控性差。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种微纳米复合 多孔铜表面结构的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种制备微纳米复合多孔铜表面结构的电沉积 装置。

本发明的再一目的在于提供一种通过上述制备方法制备得到微纳米复合多 孔铜表面结构。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种微纳米复合多孔铜表面结构的制备方法为氢气模板法电沉积，具体包含 如下步骤：

（1）配制由H₂SO₄和CuSO₄的水溶液及添加剂组成的电沉积液。

（2）分别采用紫铜柱和紫铜板做阴极基体和阳极，紫铜柱的圆顶面用于电 沉积。

（3）将步骤（1）的电沉积液、步骤（2）的紫铜柱和紫铜板置于电沉积槽， 紫铜柱和紫铜板水平放置，紫铜柱置于电沉积槽底部，紫铜柱用于电沉积的圆顶 面朝上，紫铜板位于紫铜柱的上方，电沉积液浸没紫铜柱和紫铜板。

（4）将紫铜板、紫铜柱分别与直流电源的正极、负极相连，开通电源进行 电沉积。

（5）取出电沉积样品先后用去离子水和乙醇浸泡后晾干，得到微纳米复合 多孔铜表面结构。

步骤（1）中所述的添加剂优选为HCl；所述的电沉积液的成分优选为：CuSO₄0.2～0.6mol/L，H₂SO₄1.0~1.5mol/L，HCl10~20mmol/L。

步骤（2）中所述的紫铜柱优选经过如下处理：将紫铜柱的圆顶面用800～1000 目的砂纸打磨、电解抛光和稀硫酸活化，以提高电沉积铜的结合力；紫铜柱不进 行电沉积的面用室温硫化硅橡胶涂封。所述的稀硫酸优选为10wt%稀硫酸，所述 的室温硫化硅橡胶优选为704硅胶。

步骤（2）中所述的紫铜板的面积足够大以使紫铜柱获得均匀的电流密度。

步骤（4）中所述的电沉积的电流密度优选为2.0～4.0A/cm²，电沉积时间优 选为10～15s。

步骤（5）中所述的先后用去离子水和乙醇浸泡优选为用去离子水浸泡1～ 2min，重复两次，再用乙醇浸泡30～60s。

为了增强微纳米复合多孔铜表面结构的结合力，还可以将制备得到的多孔铜 表面结构在氢气氛围中进行400～600℃热处理。

一种制备微纳米复合多孔铜表面结构的电沉积装置，包括电沉积槽、电沉积 液、直流电源、阴极基体和阳极，阳极和阴极基体分别与直流电源的正、负极相 连，电沉积液、阴极基体和阳极置于电沉积槽中，电沉积液浸没阴极基体和阳极； 所述的阴极基体和阳极分别为紫铜柱和紫铜板，阴极基体置于电沉积槽底部，阴 极基体朝上的顶面为电沉积层，阳极位于阴极基体的上方。

所述的阴极基体和阳极均水平放置，使阴极基体表面氢气泡均匀分布、脱离， 防止相互干扰；所述的阳极面积足够大以使阴极基体获得均匀的电流密度。

一种微纳米复合多孔铜表面结构通过上述方法制备得到，其孔径逐级增大， 结构均一，为微米尺度孔径结构与壁面纳米枝状晶结构叠加的微纳米复合结构。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明将紫铜柱（阳极）和紫铜板（阴极基体）水平放置，使阴极基 体表面氢气泡均匀分布、脱离，防止相互干扰；紫铜板（阳极）的面积足够大 以使紫铜柱（阴极基体）获得均匀的电流密度。

（2）本发明采用乙醇处理电沉积多孔铜表面结构加速干燥，防止铜绿的生 成。