一種碳纖維鍍層工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)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(jī)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(zhǎng)碳纖維(vapor-grown carbon f iberS 簡(jiǎn)稱 VGCFS)、氣相生長(zhǎng)納米碳纖維(vapor, growncarbonnanofiberS簡(jiǎn)稱VGCNFS)。其中，氣相生長(zhǎng)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(xì)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(dòng)催化劑法和改進(jìn)的流動(dòng)催化劑法。目前，世界各國(guó)的科學(xué)家對(duì)VGCNFS的生長(zhǎng)機(jī)理還沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，在許多方面還有爭(zhēng)議。例如，碳在催化劑顆粒中的擴(kuò)散是靠溫度梯度為推動(dòng)力還是靠濃度梯度為推動(dòng)力也是一個(gè)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。
[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(xué)性能而引起科學(xué)家們的廣泛興趣，同時(shí)也促進(jìn)了氣相生長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)心的，也可能是管狀的。判斷CNFS是管狀的還是實(shí)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(jìn)行研究是不夠的。判斷CNFS是管狀的還是實(shí)心棒狀的對(duì)研究CNFS的生長(zhǎng)機(jī)制及其應(yīng)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(qiáng)度、高比模量、高導(dǎo)電和導(dǎo)熱等性能外，還具有直徑小、長(zhǎng)徑比大、缺陷數(shù)量很少、比表面積大、導(dǎo)電性能好、結(jié)構(gòu)致密等優(yōu)點(diǎn)，因此可以用于高級(jí)復(fù)合材料的增強(qiáng)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(lǐng)域。不僅如此，VGCNFS表面具有分子級(jí)細(xì)孔，內(nèi)部也具有細(xì)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(chǔ)氫材料，也可用作高效吸附劑、催化劑和催化劑載體?？傊?，CNFS在催化劑和催化劑載體、儲(chǔ)氫材料、高效吸附劑、超強(qiáng)復(fù)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(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)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(shì)，作為催化劑或催化劑載體是CNFS主要的應(yīng)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(yù)為“納米技術(shù)之父”的著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者RichardE Feynman在美國(guó)物理年會(huì)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(rèn)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(xué)將能精確的按照人的意志安排一個(gè)個(gè)原子；當(dāng)我們?cè)诤苄〉某叨瓤刂莆镔|(zhì)的構(gòu)造時(shí)，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(huì)有激動(dòng)人心的嶄新發(fā)現(xiàn)”。隨著納米技術(shù)的崛起，他的這個(gè)演講常常被引為對(duì)納米世紀(jì)來臨的預(yù)言。納米科學(xué)與技術(shù)(Nano Science and Technology, NanoST,簡(jiǎn)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(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)。目前納米科學(xué)與技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)頭等重要的科學(xué)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(gè)嶄新的由量子原理主宰的微觀世界。世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)納米科學(xué)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(jì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的地位。諾貝爾獎(jiǎng)得主Rohrer曾經(jīng)指出:“20世紀(jì)重視微電子技術(shù)的國(guó)家現(xiàn)在已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)在重視納米科技的國(guó)家很可能成為21世紀(jì)的先進(jìn)國(guó)家”；IBM首席科學(xué)家Armstrong也曾經(jīng)預(yù)言:“納米科技將在信息時(shí)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(qiáng)烈的社會(huì)發(fā)展需求背景。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，有一個(gè)大家所熟知的Moore (Intel公司創(chuàng)始人Goldon Moore)定律。他預(yù)測(cè)，芯片上晶體管數(shù)量每18個(gè)月將會(huì)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(duì)器件加工工藝的尺寸要求也越來越小，由于量子隧穿效應(yīng)，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(qiáng)大的動(dòng)力。
[0006]納米科技主要包括:(I)納米化學(xué):(2)納米體系物理學(xué)；(3)納米生物學(xué):
[0007](4)納米材料學(xué)；(5)納米電子學(xué):(6)納米加工學(xué)；(7)納米力學(xué)。這七個(gè)部分是相對(duì)獨(dú)立的，其中納米材料學(xué)是最為基礎(chǔ)的，也是最重要的，因?yàn)槠渌鼛讉€(gè)方面都是以納米材料學(xué)為基礎(chǔ)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(xué)性質(zhì)，因此被認(rèn)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(qiáng)的器件，而這些納米器件的應(yīng)用將會(huì)給人類的生活以及社會(huì)的發(fā)展帶來革命性改變。
[0008]金屬電化學(xué)沉積的陰極過程一般由以下幾個(gè)單元步驟組成:
[0009](I)液相傳質(zhì):溶液中的反應(yīng)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(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，如金屬水化離子水化程度降低和重排，金屬絡(luò)離子配位數(shù)降低等。
[0011](3)電荷傳遞:反應(yīng)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(kuò)散到適當(dāng)?shù)奈恢?生長(zhǎng)點(diǎn))進(jìn)入金屬晶格生長(zhǎng)，或與其它新生原子積聚而形成晶核并長(zhǎng)大，從而形成晶體。
[0013]上述各單元步驟中反應(yīng)阻力最大、速度最慢的