碳纳米管镀镍的研究现状
王建兵，李铁虎，尚玉栋，张志广，王锦
(西北工业大学材料学院，陕西西安710072)
摘要：综述了碳纳米管镀镍的基本原理，介绍了碳纳米管镀前的预处理方法。详细介绍了碳纳米管的化学镀镍法(敏化-活化法、胶体钯活化法和离子钯活化法)、电化学镀镍法、气相沉积法和高能束流辐射沉积法。总结了各种镀镍方法的发展现状和应用前景，以及各种镀镍方法存在的问题和解决办法。
关键词：碳纳米管;预处理;化学镀;电化学镀;气相沉积;高能束流
中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1001-3741(2013)06-A23-04
碳纳米管(CNTs)拥有优异的电学、磁学和力学性能，单壁碳纳米管的杨氏模量达到1~5TPa，是钢的100倍，而密度仅为1.2g/cm3，抗弯强度可达14.2GPa，应变能可达100keV，长度大于10nm的碳纳米管，其导热系数大于2800W/(m·K)[1-3]。正是由于碳纳米管的优异性能，自1991年碳纳米管问世以来，对碳纳米管的研究已成科研热点[4]。最近，科研工作者把科研热点集中在了碳纳米管复合材料上，以期提高碳纳米管的机械和电化学性能。特别是，碳纳米管/金属复合材料[5]展现出的独特性质提供了一种新型碳纳米管复合材料的研究方向。具体而言，金属涂覆碳纳米管就是在维持碳纳米管内在性能的前提下，增加碳纳米管的表面活化点，来改善碳纳米管与树脂间的薄弱界面键合。
镍金属具有高硬度，韧性好，铁磁性等优异性能，常作为第二相掺杂在其他金属或非金属中。因此，碳纳米管镀镍[6-7]的研究也引起了广大科研人员的极大兴趣。本文介绍碳纳米管镀镍的几种方法。
1·碳纳米管镀前预处理
碳纳米管在镀镍前一般都需要进行预处理，即镀前处理，镀前处理主要包括镀前物理处理和镀前氧化处理。
镀前物理处理：处理方法主要有微波法[8]和球磨法[9]。微波法是借助微波的作用来改善碳纳米管的晶体结构和结晶度，以便除去无定形碳;另外，也可借助超声波的切割作用使碳纳米管变短、容易分散。球磨法是借助球磨中球磨介质与碳纳米管碰撞的机械作用来达到使得碳纳米管变短的目的。两种方法都可以改变碳纳米管的外观形貌，促使团聚的碳纳米管分散。
镀前氧化处理[10]：氧化处理是借助于如浓硝酸、浓硫酸或混酸或重铬酸钾等强氧化性溶液对碳纳米管进行提纯的过程，以便除去碳纳米管中的无定形碳和催化剂杂质，提高其纯度，并且还可以借助强氧化性溶液的氧化作用在其表面接枝官能团，改变其表面状态，提高其分散性。
2·碳纳米管的表面化学镀镍
表面化学镀[11]是不用外加电源，利用还原剂将溶液中金属离子还原沉积在具有催化作用的基体的表面形成镀层的一种镀覆方法。由于碳纳米管属于非金属，不具有化学催化活性，并且表面活化能很高，很难被镍、铁、钴等金属或化合物润湿，因此，想要获得结合力好、均匀的镀层，必须对碳纳米管进行活化处理，使其具有催化活性。常用的活化方法有敏化-活化法[12]、胶体钯活化法[13]以及无钯活化法[14]。
2.1敏化-活化法表面化学镀镍
酸纯化的碳纳米管接上有机官能团后，接着在SnCl2溶液中进行敏化。SnCl2·2H2O在水中生成微溶于水的凝胶状的碱式氯化亚锡纳米级颗粒(SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl(s)+HCl)，这些带正电荷的胶体粒子相互排斥，有利于溶液的稳定。带电胶粒以成键形式吸附在纯化碳纳米管表面官能团的密集处。这种纳米级胶粒结构较松散，在活化溶液中Pd离子很容易进入胶粒中，立即被Sn(Ⅱ)还原成Pd原子(2Pd++Sn2+=Sn4++2Pd)。Pd原子吸附在胶粒上聚集成极细小的活性颗粒，这种吸附很可能是一种由范德华力、库仑力等引起的物理吸附。化学镀镍从这些活性点开始生成，由于Pd原子的还原性强，在反应温度下，Pd原子颗粒很快被还原的Ni原子所覆盖。而Ni本身是一种自催化性能很强的金属，因而在碳纳米管的活化区域发生较强的自催化作用，颗粒在法向和切向方向生长，切向的生长有助于碳纳米管表面的非活化区域覆盖Ni层，法向方向的生长反映镀层厚度增长的速度，随着反应的进行可在碳纳米管表面得到连续、均匀的镀层。
