电沉积法制备碳纳米管/锌复合薄膜

论文摘要

本实验采用电沉积技术制备碳纳米管/锌复合薄膜。将碳纳米管粘连在铜片上进行电镀反应。研究镀液种类、反应温度、反应时间、电流密度对碳纳米管/锌复合薄膜形貌的影响。为了增强碳纳米管的活性，对碳纳米管进行了预处理，包括盐酸纯化、浓硫酸浓硝酸（体积比为3:1）组成的浓酸进行活化、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的分散处理。分别采用红外光谱（IR）和X射线衍射（XRD）对原始碳纳米管和经过盐酸处理的碳纳米管进行了分析。结果发现碳纳米管的结构并没有发生改变。采用红外光谱（IR）分析了活化和分散后的碳纳米管表面的官能团成分及种类。结果表明在1730cm-1处出现了羧基（-COOH）的特征峰，在2880-2700cm-1处出现了羰基的特征峰。对制得的碳纳米管/锌复合薄膜进行了表征。首先，经过X射线能谱（EDS）分析了复合薄膜中元素的种类及含量，确定了复合薄膜是由C元素和Zn元素组成，没有杂质生成。通过扫描电子显微镜（FE-SEM）观察碳纳米管/锌复合薄膜的形貌，可以发现由碱性镀液制备的碳纳米管/锌复合薄膜比用硫酸盐镀液制备的碳纳米管/锌复合薄膜的表面更光滑，致密性更好。在相同的实验条件下，随着反应时间的加长，锌在阴极上的沉积量逐渐变大，达到一定值时，碳纳米管被完全掩埋。在电流密度达到1400mA/cm2后在阴极表面有氢气生成，通过SEM图可以看出制得的碳纳米管/锌复合薄膜结构疏松，致密性低。碳纳米管与锌的结合方式为碳纳米管一端嵌入在锌层中，一端则暴露在表面。锌先以颗粒状沉积到碳纳米管的表面，随着反应的进行，逐渐包裹碳纳米管。最后与铜片上的锌层结合在一起形成光滑、连续，无明显的断面的薄膜。本实验中制得最佳形貌的碳纳米管/锌复合薄膜的条件为：碱性渡液，室温，反应时间100s，电流密度1000mA/dm2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 碳纳米管的简介
• 1.2.1 碳纳米管的结构
• 1.2.2 碳纳米管的性能
• 1.3 碳纳米管的预处理
• 1.3.1 碳纳米管的纯化
• 1.3.2 碳纳米管的分散
• 1.3.3 碳纳米管的活化
• 1.4 碳纳米管复合材料
• 1.4.1 医药生物高分子材料
• 1.4.2 绿化环境材料
• 1.4.3 储氢材料
• 1.4.4 金属基碳纳米管复合材料
• 1.5 金属基碳纳米管复合材料的制备方法
• 1.6 金属基碳纳米管复合材料的性能研究
• 1.6.1 耐磨性
• 1.6.2 强度
• 1.6.3 电学性能
• 1.6.4 催化性能
• 1.7 金属基碳纳米管今后的研究面临的问题和未来的动向
• 1.8 本文的研究意义
• 第2章 实验方法及过程
• 2.1 实验药品及设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 由原始碳纳米管制备 MWCNTs/Zn 复合薄膜
• 2.2.2 由活化碳纳米管制备 MWCNTs/Zn 复合薄膜
• 2.3 实验内容
• 2.3.1 原始碳纳米管表面进行镀锌
• 2.3.2 化学修饰碳纳米表面镀锌
• 2.4 样品的表征
• 2.4.1 红外吸收光谱检测（IR）
• 2.4.2 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）及 X 射线能量色散分析（DES）
• 2.4.3 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 由原始 MWCNTs 制备 MWCNTs/Zn复合薄膜
• 3.2 碳纳米管/锌复合薄膜的形貌分析
• 3.2.1 碳纳米管/锌薄膜的 SEM 图
• 3.2.2 不同时间下碳纳米管/锌复合薄膜的形貌
• 3.2.3 不同电流密度下制得的碳纳米管锌复合薄膜的形貌
• 3.3 反应机理
• 3.4 本章小结
• 第4章 MWCNTs/Zn复合薄膜的制备与分析
• 4.1 碳纳米管预前处理
• 4.1.1 碳纳米管的纯化
• 4.1.2 碳纳米管的活化
• 4.1.3 碳纳米管的分散
• 4.2 碳纳米管/锌复合薄膜的形貌表征
• 4.2.1 碳纳米管处理前后 FE-SEM 表征
• 4.2.2 碳纳米管/锌复合材料的 EDS 分析
• 4.2.3 碳纳米管/锌复合材料的形貌
• 4.3 各因素对复合薄膜形貌的影响
• 4.3.1 镀液
• 4.3.2 时间
• 4.3.3 电流密度
• 4.3.4 温度
• 4.4 反应机理
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介