铜-碳纳米管复合材料的制备与表征

助能财料２００５年第２期（３６）卷铜／碳纳米管复合材料的制备与表征。

沈广霞，董华，林耿杰，林仲玉，林昌健

（厦门大学化学系固体表面物理化学国家重点实验室，福建厦门３６１００５）

摘要：报道了在多壁碳纳米管（ＭＷＮＴｓ）表面修饰聚丙烯酸（分子量为５００～１０００）作为亲水层，改善纳米管在水溶液中的溶解性，减少碳管自身团聚，顺利实现碳纳米管表面化学镀铜。同时也考察了温度、时间、搅拌速度等因素对镀层的影响，确定中性条件在碳纳米管表面镀铜的最佳条件。

关键词：碳纳米管；化学镀；液相共混法；铜／碳纳米管复合材料

中图分类号：０６４６文献标识码：Ａ文章编号：１００１—９７３ｌ（２００５）０２一０２８８一０３

１引言

碳纳米管是目前世界上最细的纤维材料，它具有优越的力学性能与电学性质；由碳纳米材料做成的电子元件还兼有金属与半导体的性质，其独特光学性质使之可能成为未来重要的光纤材料之一，碳纳米管独特的性能将预示着其在高科技领域有十分诱人的应用前景‘１～引。

此外，碳纳米管是一维中空的纳米材料，可作为纳米模板［４］，应用物理、化学方法实现表面修饰或对其内部填充，组装新型纳米材料如纳米管、纳米线、复合材料等［ｓ’６］。目前已有报道，在碳纳米管表面修饰金属（如镀铜、镍等口’１妇）制备复合材料及其在催化邙３等方面的应用。但是，碳管自身易团聚，表面亲水性弱，层状石墨型结构较难形成活性中心，化学活性低，使得金属颗粒在碳纳米管表面易自相成核、团聚，难以获得分布均匀的金属镀层。因此，碳纳米管表面的分子剪裁和修饰［９３对于开拓碳纳米管在未来高科技领域的应用具有重要意义。本文试图采用聚丙烯酸的自组装修饰改善碳纳米管表面亲水性，提高碳纳米管表面化学活性，进而实现在常温、中性条件下，一步法高质量化学镀铜制备铜／碳纳米管（Ｃｕ／ＷＭＮＴｓ）复合材料，为制备新型纳米复合材料开拓碳纳米管在高科技领域的应用提供新的途径。

２实验方法

２．１仪器与试剂

实验所用试剂均为分析纯，碳纳米管是采用低温催化裂解烷烃法制备‘１０］，为多壁碳纳米管，使用之前采用浓硝酸在１４０℃下回流６ｈ进行氧化纯化处理，洗涤、抽虑干燥后真空保存。实验和测试分别采用ＴＧｌ一１６台式高速离心机（上海安亭仪器厂）、ＫＱ２２００ＤＢ型数控超声波清洗机、日本电子株式会ＪＥＭ—ｌｏｏＣＸＴＥＭ和ＡＶＡＴＡＲ一３０６ＦＴ—ＩＲ谱仪。

２．２Ｐａａ和ＭＷＮＴＳ复合纳米管的制备

采用液相共混复合法‘１１３（ｓｏｌｕｔｉｏｎｍｉｘｉｎｇ）制备聚丙烯酸（ｐｏｌｙ（ａｃｒｙｌｉｃａｃｉｄ）Ｐａａ）和ＭＷＮＴｓ复合纳米管（Ｐａａ／ｗＭＮＴｓ），即取ｏ．２５９碳纳米管，放入５０ｍｌ１５％Ｐａａ水溶液中超声３０ｍｉｎ，再浸泡１０ｈ后，过滤、用二次水清洗、真空干燥。由此可在ＭｗＮＴｓ表面组装一层均匀聚丙烯酸（Ｐａａ）复合层，显著改善纳米管表面化学特性。

２．３敏化、活化处理

敏化液为：２０ｍｌ／ＬＨＣｌ＋２０９／ＬＳｎＣｌ：溶液，碳纳米管或Ｐａａ／ＭＷＮＴｓ复合材料在敏化液中搅拌处理３０ｍｉｎ，离心分离，用蒸馏水冲洗至中性。然后放人２０ｍｌ／ＬＨＣ】十Ｏ．５９／ＬＰｄＣｌ２溶液［１２］活化液中活化，搅拌１ｈ，过滤，用二次水冲洗至中性。活化的目的是使活化液中的Ｐｄ２＋离子被碳管表面的Ｓｎ２＋离子还原成金属钯微粒并紧附于纳米管表面，形成具有催化活性的金属层。

２．４化学镀铜

分别取敏化、活化处理的碳纳米管和Ｐａａ／ＭＷＮＴｓ复合纳米管，放入镀铜液中（镀铜液组份见表１），分别超声搅拌３０ｍｉｎ，搅拌下反应３０ｍｉｎ后，加入甲醛，控制在不同的温度、时间等条件，１ｈ后可以观察到Ｐａａ／ＭＷＮＴｓ纳米管的镀液颜色变浅，说明有铜沉积到碳管上，滤出的碳管呈棕黑色，而一般处理的碳管镀液颜色基本没有变化，把碳管的镀铜时间延长２４ｈ后，镀液颜色稍略变浅，分离样品，真空干燥，在高倍ＴＥＭ观察表面其形貌。

３结果与讨论

３．１Ｐａａ／ＭＷＮＴｓ制备与表征

碳纳米管独特的物理和电学性质一直为研究的热点，研究表明多壁碳纳米管和单壁碳纳米管均有非线性光学性能，但是，鉴于碳管溶解性较差只能形成不稳定的悬浮液，实际应用有一定困难。

＊基金项目：国家自然科学基金资助项目（１１３０—Ｋ１６００２，２０１２７３０２）

收稿日期：２００４一０４—１２通讯作者：林昌健

作者简介：沈广霞（１９７２一），女，现在厦门大学攻读博士。主要从事纳米材料制备与性质研究。

　万方数据

万方数据