一種碳纖維鍍層工藝的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種碳纖維鍍層工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是一種主要以雜化形成的一維結(jié)構(gòu)碳材料。根據(jù)其合成方式和直徑不同可分為:有機前軀體碳纖維(如聚丙烯腈基、粘膠絲基、瀝青基碳纖維等)、氣相生長碳纖維(vapor-grown carbon f iberS 簡稱 VGCFS)、氣相生長納米碳纖維(vapor, growncarbonnanofiberS簡稱VGCNFS)。其中，氣相生長法制備納米碳纖維材料一般用過渡族金屬Fe、Co、Ni及其合金超細顆粒為催化劑，以低碳烴化合物為碳源，氫氣為載氣，在6000 — 12000度下生成的一種納米尺度碳纖維。VGCM毽的制備主要有3種方法:基體法、噴淋法或流動催化劑法和改進的流動催化劑法。目前，世界各國的科學家對VGCNFS的生長機理還沒有一個統(tǒng)一的認識，在許多方面還有爭議。例如，碳在催化劑顆粒中的擴散是靠溫度梯度為推動力還是靠濃度梯度為推動力也是一個爭論的焦點。
[0003]自從1991年Iijima發(fā)現(xiàn)CNTS以來，由于其特殊的物理性能和力學性能而引起科學家們的廣泛興趣，同時也促進了氣相生長碳纖維在納米尺度上即VGCNFS的研究。直徑在1nm 一 500nm的CNFS是一種新型的碳納米材料，問世以來引起了人們極大的興趣。從直徑分布來看，CNFS處于普通氣相生長碳纖維和CNTS之間，這決定了 CNFS的結(jié)構(gòu)和性能處于普通碳纖維和CNTS的過渡狀態(tài)。CNFS可以以多種微觀結(jié)構(gòu)存在，CNFS可能是實心的，也可能是管狀的。判斷CNFS是管狀的還是實心棒狀的必須在高分辨電鏡(HRTEM)下從橫切面研究CNFS的微觀結(jié)構(gòu)，僅從整根纖維的側(cè)面進行研究是不夠的。判斷CNFS是管狀的還是實心棒狀的對研究CNFS的生長機制及其應用有著重要的意義。CNFS除了具有一般碳纖維的特性，如低密度、高比強度、高比模量、高導電和導熱等性能外，還具有直徑小、長徑比大、缺陷數(shù)量很少、比表面積大、導電性能好、結(jié)構(gòu)致密等優(yōu)點，因此可以用于高級復合材料的增強體，也可以用于航空、航天、環(huán)境、工民建材料及日常生活用品及其它高科技領域。不僅如此，VGCNFS表面具有分子級細孔，內(nèi)部也具有細孔，比表面積大，氣體可以在VGCNFS中凝聚，因此可以吸附大量氣體，是極具潛力的儲氫材料，也可用作高效吸附劑、催化劑和催化劑載體?？傊珻NFS在催化劑和催化劑載體、儲氫材料、高效吸附劑、超強復合材料、鋰離子二次電池陽極材料、雙電層電容器電極、分離劑、吸波材料等領域都具有廣泛的應用前景。尤其在異相催化中CNFS比其它納米碳材料具有更大的優(yōu)勢，作為催化劑或催化劑載體是CNFS主要的應用方面之一。
[0004]納米技術(shù)的提出最早可以追溯到1959年，那年的12月29同，被譽為“納米技術(shù)之父”的著名物理學家、諾貝爾獎獲得者RichardE Feynman在美國物理年會上所做的著名演講“There，s a plenty of room at the bottom” 已經(jīng)廣為人知。Feynman 認為:“用大工具可以制造出適合制造更小工具的小工具，直到得到剛好能夠直接操縱分子和原子的工具，這意味著化學將能精確的按照人的意志安排一個個原子；當我們在很小的尺度控制物質(zhì)的構(gòu)造時，我們將能得到很多新的材料特性；如果能在分子和原子水平上制造材料和器件，將會有激動人心的嶄新發(fā)現(xiàn)”。隨著納米技術(shù)的崛起，他的這個演講常常被引為對納米世紀來臨的預言。納米科學與技術(shù)(Nano Science and Technology, NanoST,簡稱納米科技)是指在納米尺度上研究物質(zhì)(包括分子原子的操縱)的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術(shù)。目前納米科學與技術(shù)被認為是21世紀頭等重要的科學技術(shù)，它的深刻內(nèi)涵不僅是尺度的“納米化”，而是納米科技使人類邁入一個嶄新的由量子原理主宰的微觀世界。世界各國尤其是發(fā)達國家都對納米科學與技術(shù)予以高度重視，從戰(zhàn)略的高度來部署納米科技研究，以期能提高在21世紀國際競爭中的地位。諾貝爾獎得主Rohrer曾經(jīng)指出:“20世紀重視微電子技術(shù)的國家現(xiàn)在已經(jīng)成為發(fā)達國家，現(xiàn)在重視納米科技的國家很可能成為21世紀的先進國家”；IBM首席科學家Armstrong也曾經(jīng)預言:“納米科技將在信息時代的下一階段占據(jù)中心位置，并發(fā)揮革命的作用，正如20世界70年代以來微米科技已經(jīng)起到的作用那樣”。
[0005]納米技術(shù)的提出和發(fā)展有其強烈的社會發(fā)展需求背景。在半導體產(chǎn)業(yè)，有一個大家所熟知的Moore (Intel公司創(chuàng)始人Goldon Moore)定律。他預測，芯片上晶體管數(shù)量每18個月將會增加I倍。在過去的三十多年中，Moore定律一直被證明是基本正確的。但是隨著系統(tǒng)集成度的提高，對器件加工工藝的尺寸要求也越來越小，由于量子隧穿效應，很難用傳統(tǒng)方法來制作特征尺寸在50nm以下的器件。這種傳統(tǒng)工藝上的困難正好給納米技術(shù)的發(fā)展提供了強大的動力。
[0006]納米科技主要包括:(I)納米化學:(2)納米體系物理學；(3)納米生物學:
[0007](4)納米材料學；(5)納米電子學:(6)納米加工學；(7)納米力學。這七個部分是相對獨立的，其中納米材料學是最為基礎的，也是最重要的，因為其它幾個方面都是以納米材料學為基礎和支撐的。由于納米材料具有與體材料截然不同的物理、化學性質(zhì)，因此被認為是新的材料體系。用納米材料可以制造出更小、更快和功能更強的器件，而這些納米器件的應用將會給人類的生活以及社會的發(fā)展帶來革命性改變。
[0008]金屬電化學沉積的陰極過程一般由以下幾個單元步驟組成:
[0009](I)液相傳質(zhì):溶液中的反應粒子，如金屬水化離子向電極表面迀移。
[0010](2)前置轉(zhuǎn)化:迀移到電極表面的離子發(fā)生化學轉(zhuǎn)化反應，如金屬水化離子水化程度降低和重排，金屬絡離子配位數(shù)降低等。
[0011](3)電荷傳遞:反應粒子得電子還原為吸附態(tài)金屬離子。
[0012](4)電結(jié)晶:新生的吸附態(tài)金屬原子沿電極表面擴散到適當?shù)奈恢?生長點)進入金屬晶格生長，或與其它新生原子積聚而形成晶核并長大，從而形成晶體。
[0013]上述各單元步驟中反應阻力最大、速度最慢的