摘要：銅基碳納米管復(fù)合電鍍是制備場(chǎng)發(fā)射陰極的極佳工藝?；阢~基碳納米管的復(fù)合電鍍技術(shù)，對(duì)比研究了不同輔助工 藝對(duì)復(fù)合鍍層質(zhì)量的影響，包括機(jī)械攪拌、空氣攪拌、陰極移動(dòng)、超聲波振蕩、間歇超聲波振蕩。使用機(jī)械類(lèi)輔助工藝，鍍液振 動(dòng)較小，鍍層上的破納米管較多，但團(tuán)聚的也多;使用超聲波類(lèi)輔助工藝，鍍液振動(dòng)較大，鍍層上的破納米管較少，基本無(wú)團(tuán)聚 現(xiàn)象。兩大類(lèi)輔助工藝應(yīng)聯(lián)合使用，控制合適的間歇振蕩時(shí)間是獲得碳納米管數(shù)量多、分散性高的復(fù)合鍍層的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：場(chǎng)發(fā)射陰極;碳納米管;復(fù)合電鍍;輔助工藝;間歇超聲波振蕩

0前言

碳納米管是一種準(zhǔn)一維的納米材料，具有極高 的長(zhǎng)徑比和非常小的端部曲率半徑，兼有良好的力 學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和場(chǎng)發(fā)射特性。這些特性使碳 納米管作為場(chǎng)發(fā)射材料被廣泛關(guān)注，眾多科研單位 和企業(yè)均在利用碳納米管進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射陰極制備技術(shù) 的研究⑽。

將碳納米管作為場(chǎng)發(fā)射陰極的制備工藝包括化 學(xué)氣相沉積法(^^))、絲網(wǎng)印刷法、復(fù)合電鍍法。

其中復(fù)合電鍍法不僅工藝簡(jiǎn)單，還能保證碳納米管 與金屬基體的牢固結(jié)合，間距和直立可操作性髙，避 免了高溫工藝「?。

銅基碳納米管復(fù)合電鍍的輔助工藝包括:機(jī)械 攪拌、空氣攪拌、陰極移動(dòng)、超聲波振蕩以及幾種方 法的組合等，其目的是使碳納米管均勻分散在鍍層中，避免團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。

本文基于銅基碳納米管的復(fù)合電鍍技術(shù)，對(duì)比 研究了不同輔助工藝對(duì)復(fù)合鍍層質(zhì)量的影響。通過(guò) 外觀形貌、掃描電鏡照片對(duì)鍍層進(jìn)行了分析，以均勻 性和密度為目標(biāo)，提出了間歇超聲波振蕩輔助電鍍 的方法，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。

1無(wú)輔助工藝的復(fù)合電鍍

為了獲得銅基碳納米管的復(fù)合鍍層，首先配制 復(fù)合鍍液。鍍液的成分對(duì)碳納米管的分散性能影響 很大。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鍍銅液的組成，降低銅鹽的質(zhì)量濃 度，可改善碳納米管的團(tuán)聚。在鍍液中加入碳納米 管分散劑，也是提高碳納米管分散性能的必要手段。 鍍液組成為：硫酸銅140 g/l濃硫酸30 mL/L，207 鍍銅光亮劑0劑4 1118/1^207鍍銅光亮劑八劑4 噸/[，聚丙烯酸3多壁碳納米管2 g/l。

在無(wú)輔助工藝的情況下，碳納米管只是通過(guò)機(jī) 械攪拌分布在溶液中，考慮在剛攪拌好的溶液中立 刻電鍍和靜置10 11后再電鍍。從外觀上看，立刻電 鍍的試件顏色較暗，表面有明顯的微粒;靜置后電鍍 的試件顏色光亮些，但也有微粒存在。攪拌后立刻 電鍍的30^照片和靜置10 后電鍍的3^X1照片， 分別如圖1，2所示。

由圖1可知:攪拌后立刻電鍍，碳納米管的分散 性很差，多數(shù)以團(tuán)聚的方式沉積到銅層的表面。圖 1中右側(cè)部分，不是大團(tuán)的碳納米管，但能分清單獨(dú) 根數(shù)的碳納米管也比較少，可能是由于這部分還沒(méi) 有融人到纏繞團(tuán)當(dāng)中就已經(jīng)沉積到了銅層表面;鍍 層顏色較暗，表明鍍層中的碳納米管的質(zhì)量濃度高， 微粒的形成可能是碳納米管團(tuán)被金屬晶體逐漸包圍 而形成的。

在沒(méi)有輔助工藝的復(fù)合電鍍過(guò)程中，碳納米管 的團(tuán)聚現(xiàn)象很?chē)?yán)重，此時(shí)電鍍將會(huì)把大團(tuán)的碳納米 管黏附在陰極。由于碳納米管的團(tuán)聚，導(dǎo)致其不能 很好地發(fā)揮場(chǎng)發(fā)射性能，因此，有必要研究一些輔助 工藝，以提高碳納米管的分散性能。

2帶有輔助工藝的復(fù)合電鍍

2.1陰極移動(dòng)

陰極移動(dòng)是使陰極處于擺動(dòng)狀態(tài)，這樣可以加 大工作電流,提高鍍層質(zhì)量，同時(shí)增強(qiáng)碳納米管的分

由圖3可知：陰極的不斷擺動(dòng)，沒(méi)能將碳納米管 全部分散開(kāi)，依舊出現(xiàn)了碳納米管的團(tuán)聚現(xiàn)象，只有 個(gè)別分散的碳納米管沉積到復(fù)合鍍層上。

2.2空氣攪拌

空氣攪拌是將壓縮空氣通人鍍液中，使鍍液處 于振動(dòng)狀態(tài)，鍍液的振動(dòng)程度靠壓縮空氣的進(jìn)入量 來(lái)控制?？諝鈹嚢栎o助電鍍的30^1照片，如圖4 所示。

由圖4可知:鍍層的顏色較暗，表明鍍層中的碳 納米管的質(zhì)量濃度較高?？諝鈹嚢枋谷恳后w都處 于振動(dòng)狀態(tài)，同無(wú)攪拌的情況相比，碳納米管有一定 的分散性，能大致看出碳納米管的根數(shù)。但在其它 部位依然有團(tuán)聚的情況。

2.3機(jī)械攪拌

機(jī)械攪拌是在鍍液中放人聚四氟乙烯攪拌子， 在磁力攪拌機(jī)中進(jìn)行電鍍，攪拌子的轉(zhuǎn)速由磁力攪 拌機(jī)的調(diào)節(jié)旋鈕來(lái)控制。機(jī)械攪拌輔助電鍍的 52乂照片，如圖5所示。

由圖5可知:機(jī)械攪拌與空氣攪拌類(lèi)似，復(fù)合鍍 層上的碳納米管有分散和團(tuán)聚兩種形式，分散性比 較差。取機(jī)械攪拌后的鍍液滴在硅片上，發(fā)現(xiàn)碳納 米管基本是以塊狀形式存在，均勻性很差。