制备超厚三维微米多孔铜膜

技术领域

本发明涉及制备多孔铜膜。

背景技术

多孔金属材料由金属骨架和在其金相组织中分布的孔隙组成，具有高比表面积、比强度大、高孔隙率、渗透性和突出的能量吸收性能等有别于常规块状金属的物理和力学特性，是一种综合性能优异的新型结构功能材料。目前被广泛用于航空航天、电磁屏蔽、物质过滤与分离、催化支架和电池电极等领域。

目前报道的多孔铜的制备基本有以下几种。

利用脱合金法可以得到宏观尺寸可控的纳米多孔铜电极，但非目标金属残留是其无法避免的一个问题。

利用粉末冶金法制备的多孔铜具有较好的压缩吸能特性，但烧结温度太高，制备的多孔铜孔径偏大且不均匀，易出现逐层坍塌的现象。

金属沉积法获得的大尺寸的孔径虽然可以提升材料的孔隙率，但会降低材料的相对密度，使材料的密实应变降低。

采用氢气泡模板法虽无需涉及模板的后续消除这一显著优势，但这种方法普遍存在镀层三维结构不明显，镀层松散易脱落且厚度较小等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔铜膜的制备方法，以克服上述现有技术的某种或某些不足。

根据本发明的第一方面，提供了一种多孔铜膜的制备方法，包括：

提供清洁待镀基底；

提供清洁铜电极片；

提供电镀液，其中Cu

将待镀基底作为阴极、铜电极片作为阳极，在上述电镀液中利用氢气泡模板法在待镀基底上电镀沉积多孔铜膜。

为增强结合力，待镀基底优选为铜片，更优选为紫铜片或磷铜片。

在电镀过程中用作阳极来提供铜离子的铜电极片也优选为紫铜片或磷铜片。

表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和2-巯基苯并咪唑(M)中的至少一种。聚乙二醇优选采用PEG6000。

络合剂或螯合剂优选为乙二胺四乙酸二钠(EDTA)。

电镀条件优选为：电流密度1.0-2.5A/cm

根据本发明的优选实施例，在电镀液或电解液中，Cu

根据本发明的优选实施例，电镀条件为：电流密度1.5-2.0A/cm

根据本发明，电镀或电化学沉积过程中优选不采取任何搅拌手段，以避免影响铜的沉积以及铜膜形貌等。

本发明还可以包括多孔铜膜的后处理：分别用纯水和无水乙醇浸泡后再用保护性气体或还原气氛吹干密封保存。所述保护性气体或还原气氛优选采用氮气或氢氩混合气。

根据本发明的另一方面，还提供了一种根据上述方法制备的多孔铜膜，其厚度为0.06～0.320mm，具有蜂窝状微孔且孔径尺寸为20-50μm，其中孔洞上下贯通且孔壁相互连结。该多孔铜膜孔隙率为89％-96％。

根据本发明的又一方面，还提供了一种电池电极，由上述多孔铜膜制成。

与现有多孔铜制备技术相比，本发明具有如下优异效果：(1)本发明的多孔铜为高达0.3mm的超厚微米级多孔铜膜；(2)通过在酸性电镀体系中创新性加入络合剂，使超厚多孔铜层结合力较强，不易自松散；(3)铜膜孔隙率高达96％；(4)多孔铜孔道贯通，通过改变相关工艺参数使得孔径在一定范围内可调；(5)本发明的制备工艺相关设备、条件简单，制备时间短，能耗低，适宜工业化大规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的超厚三维微米多孔铜膜的表面微观结构扫描电镜图。

图2为本发明实施例6所制备的超厚三维微米多孔铜膜的截面扫描电镜图。

具体实施方式

以下通过具体实例详细描述本发明。

实施例1

依次用400#、100#的砂纸对尺寸为1×1cm

将本实施例所制备的微米多孔铜膜采用电镜观察，微观结构如图1所示为蜂窝状，具有20-50μm的孔径尺寸及孔壁，微米级大小的孔铜与微米尺寸的孔壁相互穿插均匀分布，所述微米级大小的孔洞自上而下贯通，微米尺寸的孔壁之间相互连结。

所得多孔铜膜厚度为82.7μm，孔隙率为89.1％。

实施例2

在0.5mol/L Na

电镜观察下本实施例所制备的微米多孔铜膜的形貌基本同实施例1。所得多孔铜膜厚度为100μm，孔隙率为94.7％。

实施例3

阴极为紫铜片，阳极为磷铜片，在0.8mol/L Na

电镜观察下本实施例所制备的微米多孔铜膜的形貌基本同实施例1。所得多孔铜膜厚度为311.4μm，孔隙率为95.9％。

实施例4

在1mol/L Na

电镜观察下本实施例所制备的微米多孔铜膜的形貌基本同实施例1。所得多孔铜膜厚度为60.8μm，孔隙率为93.9％。

实施例5

在0.5mol/L Na

电镜观察下本实施例所制备的微米多孔铜膜的形貌基本同实施例1。所得多孔铜膜厚度为111μm，孔隙率为95.3％。

实施例6

镀液成分为：0.2mol/L CuSO

电镜观察下本实施例所制备的微米多孔铜膜的形貌基本同实施例1，其截面扫描电镜图如图2所示，镀层紧密附着于基底且厚度均匀。所得多孔铜膜厚度为236.7μm，孔隙率为92.8％。

实施例7

镀液成分为：0.1mol/L CuSO

电镜观察下本实施例所制备的微米多孔铜膜的形貌基本同实施例1。所得多孔铜膜厚度为297.3μm，孔隙率为95.5％。