[发明专利]一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨型碳材料化学镀技术，更具体涉及的是一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法。

背景技术

石墨型碳材料是基于石墨结构的纳米碳材料，如碳纳米管、石墨烯、富勒烯等，具有优异的电学、磁学和力学性能。尤其是其纳米级的尖端曲率半径及较低的功函数，表现出很好的场致发射特性，是目前取代金属尖锥冷阴极发射材料的最为理想的准一维纳米材料。但由于石墨型碳材料本身的纳米效应所以极易团聚，影响了石墨型碳材料电子发射的有效性，又由于石墨型碳材料与基体之间缺乏足够的界面结合，不能充分发挥石墨型碳材料电子传导和发射能力，从而影响了石墨型碳材料在场发射领域的应用。

要想发挥石墨型碳材料的性能必须增强石墨型碳材料和金属基体的润湿性，使石墨型碳材料在基体中均匀分散，主要采用的方法是：物理分散方法、非共价功能化法、共价功能化法和溶液剥离法。其中，采用超声波振荡、磁力搅拌或加热搅拌等物理分散方法来增加石墨型碳材料在有机溶剂的分散性，虽然操作简单，但大的机械力容易损伤石墨型碳材料，不能作为单一手段使用，只能作为辅助手段；共价功能化法会破坏石墨型碳材料功能位点的SP²结构；而溶剂剥离法所用溶剂通常毒性大、沸点高且分散效率低。

为此我们采用非共价功能化法中的化学镀对石墨型碳材料进行改性处理，也就是改变石墨型碳材料表面状态和结构，改变其表面物化性质，降低其表面自由能，这样不仅可以提高石墨型碳材料的分散性，还可以改善与其它物质的相容性。化学镀具有很好的均镀能力且镀后石墨型碳材料的分散性提高。在石墨型碳材料表面镀上一层金属，为后续电泳法制备石墨型碳材料场致发射阴极时石墨型碳材料能够较为直立均匀分布打下基础，大大提高了阴极场致发射电子的效率。

但是传统的化学镀工艺中金属镀层容易以较大的球状颗粒聚集在石墨型碳材料的周围，在石墨型碳材料的表面不能形成均匀的镀层，特别是沉积速率较高时，法向的生长速率远大于切向的生长速率，因而难以有效地镀覆在碳管表面，并且难以完全去除表面活性剂或聚合物等辅助石墨型碳材料分散的添加剂。

为此，我们提出磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，不仅继承了传统化学镀改变石墨型碳材料表面物化性质，降低其表面自由能，提高碳管分散性的优点，还能避免球状金属颗粒聚集在碳管的周围，增加镀层的均匀性，同时提高了沉积速度，使获得的镀层结构致密，缺陷少，结合力好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，采用磁场辅助表面化学镀金属的碳材料具有良好的电传导和热传导性能，磁场的作用下大大减少了化学镀时间，增加碳材料的分散性和金属镀层的均匀性，减少络合剂和还原剂的使用量，所获得的镀层结构致密，缺陷少，结合力好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁场辅助石墨型碳材料化学镀磁性金属的制备方法，将石墨型碳材料经过纯化、敏化、活化处理，在其表面形成贵金属催化还原中心，之后在磁场的辅助作用下，利用化学镀法在石墨型碳材料表面形成磁性金属层。

在化学镀时外界所加的辅助磁场的强度为0.01-10 T，磁铁呈对称置于化学镀容器的四周或者两侧，磁铁所产生的磁场使碳材料更加分散，并使磁性金属粒子在碳材料表面形成磁性金属镀层，所述磁性金属镀层的厚度为1-1000nm。

所述的磁性金属层是铁、钴、镍、镧系元素中的一种或者是多种的复合金属层。

所述的石墨型碳材料是呈网状结构的碳材料，包括：单壁、双壁或者是多壁碳纳米管；石墨烯；富勒烯。

所述的纯化处理是采用物理方法,或者是化学氧化法去除碳材料中的金属杂质、无定形碳、碳颗粒等；所述的物理方法是超声分散、离心分离、微孔过滤、空间排阻色谱法、电泳法中的一种或者是多种混合的方法；所述的化学氧化法是气相氧化法、液相氧化法、固相氧化法、电化学氧化法以及插层氧化法中的一种或者是多种混合的方法。

采用胶体钯一步活化法，或者是氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)和氯化钯(PdCl₂)两步法分别对石墨型碳材料进行敏化、活化处理，并用磁力搅拌、加热搅拌、超声分散中的一种或多种方法，充分分散石墨型碳材料。