CN107385891A - 一种三元合金耐腐蚀导电织物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子材料领域，涉及一种耐腐蚀导电织物的制备方法。本发明提出的制备方法是以苎麻作为基底，在其表面沉积钴镍磷镨合金层，具体工艺包括表面丝光处理、表面改性、金属离子吸附与还原及化学镀共沉积钴镍磷镨合金等。本发明制备的耐腐蚀导电织物具有以下优点：（1）苎麻基底绿色环保，适用性广，能满足大部分领域的应用。（2）苎麻织物经过丝光处理和有机酸改性可以提高苎麻基底和合金镀层的结合力和产品的可靠性。（3）微量稀***沉积提高了织物的导电性能和耐腐蚀性能，增加产品的竞争力。（4）整个生产工艺流程简单易操作，适合大规模生产，能满足市场需求。

Description

一种三元合金耐腐蚀导电织物的制备方法
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种三元合金耐腐蚀导电织物的制备方法。
背景技术
随着智能纺织品概念的提出，柔性导电织物的应用受到广泛关注。目前常用的导电织物分为金属型导电织物，碳系导电织物和导电高分子型导电织物。其中，碳系导电织物导电性能好，耐热，耐化学药品，但碳纤维模量较高，缺乏韧性，不耐弯折，无热收缩能力，因此制得的导电织物适用范围有限。导电高分子主要有聚乙炔，聚噻吩，聚吡咯和聚苯胺等，这些导电高分子材料导电性良好，与金属相近，只是在制备过程中需要参杂剂，过程复杂且工艺条件受试剂用量比例约束影响大，很大程度上制约了其实际应用。金属作为传统的导电物质，具有良好的导电性能和耐热性，可以通过简单的工艺得到导电织物。目前常用的方法有金属丝的混编，混纺和金属镀膜。用金属丝混编混纺，金属用量较大，工艺成本相对比较高，且金属丝模量大，对设备的磨损较大。而金属镀膜可以利用真空镀，涂层，化学镀等方法，其中化学镀因其工艺简单，成本较低而广泛运用，用化学镀方法得到的导电织物既能保持较好的柔软度也能提供较好的导电性能。但是金属的耐腐蚀性不理想，在实际应用中，导电织物不可避免地会接触到人体汗液，汗液中含有氯化钠等物质会腐蚀金属，因此为了提高金属型导电织物在实际应用中的可靠性，金属腐蚀性问题成为关键。有研究发现，在化学镀液中加入少量稀土，可以加快反应速率，并且能够提高耐腐蚀性。因为稀土元素原子半径比较大，电负性低，有特殊的4f电子结构，具有较高化学活性，因此在反应过程中容易和氧，硫等元素进行络合形成化学镀的生长点抑制晶粒的长大，从而加快沉积速率并且得到均匀致密的金属镀层，能有效防止腐蚀物质的破坏。而稀土镨（Pr）的耐腐蚀能力比镧，铈，钕和铕等稀土都要强，因此在化学镀液中加入微量的稀土镨有更加明显的效果。而织物基底的选择对导电织物的性能也会有一定影响。苎麻作为绿色环保的天然纤维素纤维，具有较强机械性能和较高化学稳定性，成为基底的合适选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元合金耐腐蚀导电织物的制备方法。
本发明提出的制备方法是选择苎麻织物作为基底，利用化学镀的工艺在其表面沉积一层Co-Ni-P-Pr合金镀层工艺包括表面丝光处理，表面改性，金属离子吸附与还原和金属共沉积等。
本发明提出的三元合金耐腐蚀导电织物的制备方法，具体步骤如下：
（1）表面丝光处理：将苎麻织物置于碱溶液中处理10-30分钟；
（2）表面改性：将步骤（1）丝光处理后的苎麻织物浸泡在有机酸改性溶液中磁力搅拌1-3小时后取出，于50-150℃烘燥10-60分钟；
（3）金属离子吸附与还原：将步骤（2）改性处理后的苎麻织物置于金属离子溶液中浸泡5-30分钟后取出放入还原剂中还原5-30分钟，取出，洗净；
（4）金属共沉积：将步骤（3）还原过后的苎麻织物置于合金镀液中，在30-90℃化学镀0.5-2小时，取出洗净，烘干，制得耐腐蚀导电织物。
本发明中，步骤（1）中碱溶液的溶剂为去离子水，溶质为氢氧化钠或氢氧化钾，溶质浓度为5wt%-10wt%。
本发明中，步骤（2）中有机多元酸改性溶液的溶质为马来酸或柠檬酸，溶剂为去离子水，溶质的摩尔浓度为 0.5-2 mol/L。
本发明中，步骤（3）中金属离子溶液的溶剂为去离子水，溶液的溶质为硫酸钴或硫酸镍，金属离子的摩尔浓度为0.5-2 mol/L。
本发明中，步骤（3）中还原剂溶液的溶质为硼氢化钾或硼氢化钠，溶剂为去离子水，还原剂的摩尔浓度为 0.5-1mol/L。
本发明中，步骤（4）中化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质为硫酸钴的浓度为5-25 g/L，硫酸镍的浓度为5-25 g/L，次亚磷酸钠的浓度10-30 g/L，酒石酸钾钠的浓度为100-200 g/L，硫酸铵的浓度为50-100 g/L，氨水用量为 50-100 mL，氯化镨的浓度为0-1.2g/L。
本发明制备的耐腐蚀导电织物具有以下优点：（1）基底选用苎麻织物，绿色环保，且作为纤维素织物容易与有机酸进行酯化反应引入活泼的羧基，提高了基底与金属的结合能力，同时提升了材料的可靠性能。（2）采用非贵金属活化，降低了成本，缩短了工艺时间，同时减少污染。（3）织物基底具有很好的柔性，钴和镍的合金镀层具有良好的导电性能。（4）微量稀土镨的加入可以提高导电织物的导电性能和耐腐蚀性能，延长织物的使用寿命。本发明制备的耐腐蚀导电织物可用于智能纺织品，柔性电子类产品，医疗监测，娱乐通讯，航空航天等高新技术产品，市场前景广阔。
本发明的有益效果在于：（1）苎麻基底的选择绿色环保，适用性广，能满足大部分领域的应用。（2）苎麻织物经过丝光处理和有机酸改性可以提高苎麻基底和合金镀层的结合力，提高产品的可靠性。（3）采用非贵金属离子作为催化活化离子，大大降低了生产成本和环境污染，同时缩短了反应时间。（4）微量稀***沉积提高了织物的导电性能和耐腐蚀性能，增加产品的竞争力。（5）整个生产工艺流程简单易操作，适合大规模生产，能满足市场需求。
附图说明
图1为耐腐蚀导电织物的制备流程图。
图2为耐腐蚀导电织物的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1
将苎麻织物用去离子水淋洗干净烘干后置于1L浓度为0.5 mol/L硫酸钴溶液中，浸泡磁力搅拌5分钟，取出烘干后，得到吸附钴离子的苎麻织物。
将19g硼氢化钾溶于1L去离子水中，溶解完毕，得到浓度为0.5mol/L的硼氢化钾溶液。
将吸附钴离子的苎麻织物置于上述溶液中，浸泡5分钟，取出淋洗，得到金属离子还原后的苎麻织物。
将5g硫酸钴，5g硫酸镍，10g次亚磷酸钠，100g酒石酸钾钠，50g硫酸铵，50mL氨水溶于1L去离子溶液中，溶解完毕，得到化学镀钴镍磷合金镀液。
将还原后的苎麻织物置于上述溶液中，于30℃化学镀2小时，取出，用去离子水洗净，烘干，得到导电织物。所得织物不具有导电性。
该实施例在30℃下化学镀，不能满足化学镀的温度条件，因而所得织物不具有导电性，不能应用于实际。
实施例2
将苎麻织物置于浓度为5wt%的碱溶液中，在40℃下浸泡10分钟。
将丝光处理之后的苎麻织物置于1L浓度为1 mol/L硫酸钴溶液中，浸泡磁力搅拌10分钟，取出烘干，得到吸附钴离子的苎麻织物。
将22.8g硼氢化钾溶于1L去离子水中，溶解完毕，得到浓度为0.6mol/L的硼氢化钾溶液。
将吸附钴离子的苎麻织物置于上述溶液中，浸泡10分钟，取出淋洗，得到金属离子还原后的苎麻织物。
将10g硫酸钴，10g硫酸镍，15g次亚磷酸钠，120g酒石酸钾钠，60g硫酸铵，60mL氨水溶于1L去离子溶液中，溶解完毕，得到化学镀钴镍磷合金镀液。在合金镀液中加入0.2g氯化镨，磁力搅拌至完全溶解。
将还原后的苎麻织物置于上述溶液中，于60℃化学镀2小时，取出，用去离子水洗净，烘干，得导电织物。所得导电织物的剥离强度不能通过3M公司思高®胶带的测试，电阻为301.6 Ω，在pH值为4.8的人工汗液中的腐蚀电流是9.362×10-2(A· cm-2)。
该实施例得到的导电织物未经有机酸改性处理，因此基底与镀层的结合能力较弱，不能通过剥离测试，且织物导电性能不佳，抗腐蚀性较差。
实施例3
将苎麻织物置于浓度为6wt%的碱溶液中，在50℃下浸泡15分钟。
将204.9g柠檬酸溶于1L去离子水中，溶解完毕，得柠檬酸改性溶液。
将丝光处理后的苎麻织物置于1L上述改性溶液的烧杯中浸泡1小时，取出后在50℃烘箱内烘燥10分钟。
将柠檬酸改性处理后的苎麻织物置于1L浓度为0.5 mol/L硫酸钴溶液中，浸泡磁力搅拌15分钟，取出烘干，得到吸附钴离子的苎麻织物。
将3g氯化金，25g酒石酸钾钠，4g盐酸，5g硼氢化钠溶于500mL去离子水中，溶解完毕，添加去离子水，至溶液体积为1L，得金纳米溶胶溶液。
将改性后的苎麻织物置于上述溶液中，放置24小时，取出，洗净，得表面活化的苎麻织物。
将15g硫酸钴，15g硫酸镍，25g次亚磷酸钠，140g酒石酸钾钠，70g硫酸铵，70mL氨水溶于1L去离子溶液中，溶解完毕，得到化学镀钴镍磷合金镀液。在合金镀液中加入0.4g氯化镨，磁力搅拌至完全溶解。
将表面活化的苎麻织物置于上述溶液中，于75℃化学镀1小时，取出，用去离子水洗净，烘干，得导电织物。得到的导电织物剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，电阻为296.0 Ω，在pH值为4.8的人工汗液中的腐蚀电流是5.256×10-3(A· cm-2)。
该实施例用金纳米溶胶完成催化活化步骤，工艺时间长，得到的导电织物的导电性能与耐腐蚀性能均不佳。
实施例4
将116 g马来酸溶于1 L去离子水中，溶解完毕，得马来酸改性溶液。
将清洗干净的苎麻织物置于1L上述改性溶液的烧杯中浸泡2.5小时，取出后在100℃烘箱内烘燥40分钟。
将马来酸改性处理后的苎麻织物置于1L浓度为1.5 mol/L的硫酸镍溶液中，浸泡磁力搅拌25分钟，取出烘干，得到吸附镍离子的苎麻织物。
将26.6g硼氢化钠溶于1L去离子水中，溶解完毕，得到浓度为0.5mol/L的硼氢化钠溶液。
将吸附镍离子的苎麻织物置于上述溶液中，浸泡30分钟，取出洗净，得到金属离子还原后的苎麻织物。
将20g硫酸钴，20g硫酸镍，30g次亚磷酸钠，160g酒石酸钾钠，80g硫酸铵，80mL氨水溶于1L去离子溶液中，溶解完毕，得到化学镀钴镍磷合金镀液。在合金镀液中加入0.6g氯化镨，磁力搅拌至完全溶解。
将还原后的苎麻织物置于上述溶液中，于80℃化学镀1小时，取出，用去离子水洗净，烘干，得导电织物。得到的导电织物剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，电阻为131.6 Ω，在pH值为4.8的人工汗液中的腐蚀电流是7.751×10-4(A· cm-2)。
该实施例通过丝光处理和马来酸改性提高了导电织物基底与镀层的结合牢度，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，加入微量稀土，导电性和耐腐蚀性显著提高。
实施例5
将苎麻织物置于浓度为7wt%的碱溶液中，在50℃下浸泡20分钟。
将116g马来酸溶于1L去离子水中，溶解完毕，得马来酸改性溶液。
将苎麻织物用去离子水淋洗干净置于1L上述改性溶液的烧杯中浸泡3小时，取出后在90℃烘箱内烘燥30分钟。
将马来酸改性处理后的苎麻织物置于1L浓度为2.0mol/L的硫酸钴溶液中，浸泡磁力搅拌15分钟，取出烘干，得到吸附钴离子的苎麻织物。
将26.6g硼氢化钾溶于1L去离子水中，溶解完毕，得到浓度为0.7mol/L的硼氢化钾溶液。
将吸附钴离子的苎麻织物置于上述溶液中，浸泡30分钟，取出洗净，得到金属离子还原后的苎麻织物。
将20g硫酸钴，20g硫酸镍，30g次亚磷酸钠，180g酒石酸钾钠，90g硫酸铵，90mL氨水溶于1L去离子溶液中，溶解完毕，得到化学镀钴镍磷合金镀液。在合金镀液中加入0.8g氯化镨，磁力搅拌至完全溶解。
将硼氢化钾还原后的苎麻织物置于上述溶液中，于90℃化学镀1.5小时，取出，用去离子水洗净，烘干，得导电织物。得到的导电织物剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，电阻为69.3 Ω，在pH值为4.8的人工汗液中的腐蚀电流是2.747×10-5(A· cm-2)。
该实施例经过丝光处理和马来酸改性提高了导电织物基底与镀层的结合牢度，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，加入适量的稀土，织物的导电性和耐腐蚀性都显著提高。
实施例6
将苎麻织物置于浓度为8wt%的碱溶液中，在60℃下浸泡25分钟。
将85g柠檬酸溶于1L去离子水中，溶解完毕，得柠檬酸改性溶液。
将丝光处理后的苎麻织物置于含有1L上述改性溶液的烧杯中浸泡2小时，取出后在100℃烘箱内烘燥60分钟。
将柠檬酸改性处理后的苎麻织物置于1L浓度为0.5mol/L的硫酸钴溶液中，浸泡磁力搅拌15分钟，取出烘干，得到吸附钴离子的苎麻织物。
将30.4g硼氢化钾溶于1L去离子水中，溶解完毕，得到浓度为0.8mol/L的硼氢化钾溶液。
将吸附钴离子的苎麻织物置于上述溶液中，浸泡5分钟，取出洗净，得到金属离子还原后的苎麻织物。
将15g硫酸钴，15g硫酸镍，20g次亚磷酸钠，200g酒石酸钾钠，100g硫酸铵，100mL氨水溶于1L去离子溶液中，溶解完毕，得到化学镀钴镍磷合金镀液。在合金镀液中加入1.0g氯化镨，磁力搅拌至完全溶解。
将还原后的苎麻织物置于上述溶液中，于85 ℃化学镀50分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，得导电织物。得到的导电织物。剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，电阻为82.3 Ω，在pH值为4.8的人工汗液中的腐蚀电流是1.948×10-4(A· cm-2)。
该实施例用柠檬酸改性提高了导电织物基底与镀层的结合牢度，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，加入稀土提高了织物的导电性和耐腐蚀性能。
实施例7
将苎麻织物置于浓度为10wt%的碱溶液中，在60℃下浸泡30分钟。
将85g马来酸溶于1L去离子水中，溶解完毕，得马来酸改性溶液。
将丝光处理后的苎麻织物置于1L上述改性溶液的烧杯中浸泡1.5小时，取出后在120℃烘箱内烘燥60分钟。
将马来酸改性处理后的苎麻织物置于1L浓度为1.5 mol/L的硫酸镍溶液中，浸泡磁力搅拌20分钟，取出烘干，得到吸附镍离子的苎麻织物。
将38g硼氢化钠溶于1L去离子水中，溶解完毕，得到浓度为1.0mol/L的硼氢化钠溶液。
将吸附镍离子的苎麻织物置于上述溶液中，浸泡20分钟，取出洗净，得到金属离子还原后的苎麻织物。
将20g硫酸钴，20g硫酸镍，30g次亚磷酸钠，180g酒石酸钾钠，90g硫酸铵，90mL氨水溶于1L去离子溶液中，溶解完毕，得到化学镀钴镍磷合金镀液。在合金镀液中加入1.2g氯化镨，磁力搅拌至完全溶解。
将硼氢化钾还原后的苎麻织物置于上述溶液中，于90 ℃化学镀1.5小时，取出，用去离子水洗净，烘干，得导电织物。得到的导电织物剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，电阻为91.1 Ω，在pH值为4.8的人工汗液中的腐蚀电流是7.108×10-5(A· cm-2)。
该实施例经过丝光处理和马来酸改性提高了导电织物基底与镀层的结合牢度，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试，但是加入过量稀土使得织物的导电性和耐腐蚀性都有所下降。

Claims (6)

1.一种耐腐蚀导电织物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）表面丝光处理：将苎麻织物置于碱溶液中处理10-30分钟；
（2）表面改性：将步骤（1）丝光处理后的苎麻织物浸泡在有机酸改性溶液中磁力搅拌1-3小时后取出，于50-150 ℃烘燥10-60分钟；
（3）金属离子吸附与还原：将步骤（2）改性处理后的苎麻织物置于金属离子溶液中浸泡5-30分钟后取出放入还原剂中还原5-30分钟，取出，洗净；
（4）金属共沉积：将步骤（3）还原过后的苎麻织物置于合金镀液中，在30-90 ℃化学镀0.5-2小时，取出洗净，烘干，制得耐腐蚀导电织物。
2.根据权利要求1所述的三元合金耐腐蚀导电织物制备方法，其特征在于步骤（1）中碱溶液的溶剂为去离子水，溶质为氢氧化钠或氢氧化钾，溶质浓度为5wt%-10wt%。
3.根据权利要求1所述的三元合金耐腐蚀导电织物制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的有机多元酸改性溶液的溶质为马来酸或柠檬酸，溶剂为去离子水，有机多元酸的摩尔浓度为 0.5-2.0 mol/L。
4.根据权利要求1所述的三元合金耐腐蚀导电织物制备方法，其特征在步骤（3）中于所述的金属离子溶液的溶剂为去离子水，溶液的溶质为硫酸钴或硫酸镍，金属离子的摩尔浓度为0.5-2.0 mol/L。
5.根据权利要求1所述的三元合金耐腐蚀导电织物制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的还原剂溶液的溶质为硼氢化钾或硼氢化钠，溶剂为去离子水，还原剂的摩尔浓度为0.5-1.0mol/L。
6.根据权利要求1所述的三元合金耐腐蚀导电织物制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的合金化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质为硫酸钴的浓度为5-20g/L，硫酸镍的浓度为5-20 g/L，次亚磷酸钠的浓度10-30 g/L，酒石酸钾钠的浓度为100-200 g/L，硫酸铵的浓度为50-100 g/L，氨水的用量为50-100 mL。
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