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本实验中所用的纳米石墨微片的直径在5~20μm的区间内,厚度在30~80nm左右,径厚比较大,这个特点使得纳米石墨微片与传统的普通石墨相比,更加有利于在聚合物基体中形成导电网络,从而大大降低复合导电体系的渗滤阈值。但是,由于纳米石墨微片的本征电导率是固定的,这就在一定程度上限制了复合导电体系的导电性能进一步提高。因此,对纳米石墨微片表面进行金属化处理是一种行之有效的方法;在所有的常用金属中,虽然说金属银在室温下具有最好的导电导热性和最低的接触电阻,且在空气中不易被氧化和在水中可以稳定存在,但是硝酸银价钱昂贵且有毒,并且在实验过程中由于银镜反应的发生有许多的银颗粒沉积在容器的内壁上,导致银在纳米石墨微片内部的装载率下降。针对这种情况,我们采用NiCl2·6H2O代替,以期得到更为低廉和更为无毒的镀覆过程,且由于采用了适当的方法(在实验过程中采用在70℃的水浴温度中,利用三口瓶作为反应容器并施加适当速度的机械搅拌)避免了在容器内壁沉积镍颗粒,从而提高了镍的利用效率。另外,镍颗粒还有一个特性是银颗粒所没有的,就是镍颗粒有很好的磁性。
在本论文中,首先将纳米石墨微片通过两步敏化活化法进行预处理,然后在水合肼的作用下将氯化镍溶液还原并沉积在纳米石墨微片的表面,成功地在纳米石墨微片表面镀覆上了一层均匀连续的镍层。同时,研究了石墨含量,pH值,还原剂浓度,络合剂,表面活性剂和预处理方法等单因素对化学镀镍的影响,采用正交实验的方法确定了最佳制备条件,同时采用了X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪,红外,激光粒度仪等仪器对样品进行了表征。通过实验结果发现,在水浴温度70℃左右,镍盐和水合肼溶液分别采用逐滴滴加的方式,并且乙二醇和石墨的分散液在适当搅拌作用下,镍纳米粒子可以在纳米石墨微片表面生长。由正交试验可以得出最优化的基础配方:温度为70℃,还原剂与镍盐浓度的比值为20,NH4Cl为2.5g,表面活性剂为0.075g。
本论文中还研究了镀镍纳米石墨微片的导电性和磁性能,实验结果表明,当氯化镍与纳米石墨微片的加料比为4:1,镍单质在镀镍纳米石墨微片中的理论质量分数为2.0%时,电导率与石墨趋于一致。为了进一步研究镀镍纳米石墨微片的导电性能,将纳米石墨微片与镀镍纳米石墨微片分别于环氧树脂复合,测试各样品的电导率,经研究发现镀镍纳米石墨微片复合材料的电导率比纳米石墨微片的电导率高一到两个数量级。
此外,本论文对纳米石墨微片表面化学镀镍的机理作了初步探讨,对镀镍纳米石墨微片的磁性能进行了初步的表征。