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碳納米管鍍鎳的研究現狀
王建兵，李鐵虎，尚玉棟，張志廣，王錦
(西北工業(yè)大學材料學院，陜西西安710072)
摘要：綜述了碳納米管鍍鎳的基本原理，介紹了碳納米管鍍前的預處理方法。詳細介紹了碳納米管的化學鍍鎳法(敏化-活化法、膠體鈀活化法和離子鈀活化法)、電化學鍍鎳法、氣相沉積法和高能束流輻射沉積法。總結了各種鍍鎳方法的發(fā)展現狀和應用前景，以及各種鍍鎳方法存在的問題和解決辦法。
關鍵詞：碳納米管;預處理;化學鍍;電化學鍍;氣相沉積;高能束流
中圖分類號：TB383文獻標識碼：A文章編號：1001-3741(2013)06-A23-04
碳納米管(CNTs)擁有優(yōu)異的電學、磁學和力學性能，單壁碳納米管的楊氏模量達到1~5TPa，是鋼的100倍，而密度僅為1.2g/cm3，抗彎強度可達14.2GPa，應變能可達100keV，長度大于10nm的碳納米管，其導熱系數大于2800W/(m·K)[1-3]。正是由于碳納米管的優(yōu)異性能，自1991年碳納米管問世以來，對碳納米管的研究已成科研熱點[4]。最近，科研工作者把科研熱點集中在了碳納米管復合材料上，以期提高碳納米管的機械和電化學性能。特別是，碳納米管/金屬復合材料[5]展現出的獨特性質提供了一種新型碳納米管復合材料的研究方向。具體而言，金屬涂覆碳納米管就是在維持碳納米管內在性能的前提下，增加碳納米管的表面活化點，來改善碳納米管與樹脂間的薄弱界面鍵合。
鎳金屬具有高硬度，韌性好，鐵磁性等優(yōu)異性能，常作為第二相摻雜在其他金屬或非金屬中。因此，碳納米管鍍鎳[6-7]的研究也引起了廣大科研人員的極大興趣。本文介紹碳納米管鍍鎳的幾種方法。
1·碳納米管鍍前預處理
碳納米管在鍍鎳前一般都需要進行預處理，即鍍前處理，鍍前處理主要包括鍍前物理處理和鍍前氧化處理。
鍍前物理處理：處理方法主要有微波法[8]和球磨法[9]。微波法是借助微波的作用來改善碳納米管的晶體結構和結晶度，以便除去無定形碳;另外，也可借助超聲波的切割作用使碳納米管變短、容易分散。球磨法是借助球磨中球磨介質與碳納米管碰撞的機械作用來達到使得碳納米管變短的目的。兩種方法都可以改變碳納米管的外觀形貌，促使團聚的碳納米管分散。
鍍前氧化處理[10]：氧化處理是借助于如濃硝酸、濃硫酸或混酸或重鉻酸鉀等強氧化性溶液對碳納米管進行提純的過程，以便除去碳納米管中的無定形碳和催化劑雜質，提高其純度，并且還可以借助強氧化性溶液的氧化作用在其表面接枝官能團，改變其表面狀態(tài)，提高其分散性。
2·碳納米管的表面化學鍍鎳
表面化學鍍[11]是不用外加電源，利用還原劑將溶液中金屬離子還原沉積在具有催化作用的基體的表面形成鍍層的一種鍍覆方法。由于碳納米管屬于非金屬，不具有化學催化活性，并且表面活化能很高，很難被鎳、鐵、鈷等金屬或化合物潤濕，因此，想要獲得結合力好、均勻的鍍層，必須對碳納米管進行活化處理，使其具有催化活性。常用的活化方法有敏化-活化法[12]、膠體鈀活化法[13]以及無鈀活化法[14]。
2.1敏化-活化法表面化學鍍鎳
酸純化的碳納米管接上有機官能團后，接著在SnCl2溶液中進行敏化。SnCl2·2H2O在水中生成微溶于水的凝膠狀的堿式氯化亞錫納米級顆粒(SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl(s)+HCl)，這些帶正電荷的膠體粒子相互排斥，有利于溶液的穩(wěn)定。帶電膠粒以成鍵形式吸附在純化碳納米管表面官能團的密集處。這種納米級膠粒結構較松散，在活化溶液中Pd離子很容易進入膠粒中，立即被Sn(Ⅱ)還原成Pd原子(2Pd++Sn2+=Sn4++2Pd)。Pd原子吸附在膠粒上聚集成極細小的活性顆粒，這種吸附很可能是一種由范德華力、庫侖力等引起的物理吸附。化學鍍鎳從這些活性點開始生成，由于Pd原子的還原性強，在反應溫度下，Pd原子顆粒很快被還原的Ni原子所覆蓋。而Ni本身是一種自催化性能很強的金屬，因而在碳納米管的活化區(qū)域發(fā)生較強的自催化作用，顆粒在法向和切向方向生長，切向的生長有助于碳納米管表面的非活化區(qū)域覆蓋Ni層，法向方向的生長反映鍍層厚度增長的速度，隨著反應的進行可在碳納米管表面得到連續(xù)、均勻的鍍層。
