中文--滌綸織物鍍銅工藝的優(yōu)化

1、<p><b>　　中文4627字</b></p><p><b>　　譯 文</b></p><p>　　原文題目：An alternative process for electroless </p><p>　　copper plating on polyester fabric

2、 </p><p>　　譯文題目： 滌綸織物鍍銅工藝的優(yōu)化 </p><p>　　學(xué) 院： 紡織與材料學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 紡織工程

3、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　滌綸織物鍍銅的優(yōu)化工藝</p><p>　　R.H.Guo?S.Q. Jiang?C.W.M.Yuen?M

4、.C.F.Ng</p><p>　　施普林格科學(xué)商業(yè)媒體</p><p>　　收稿日期：2007年10月25日/接受日期：2008年1月18日/線上發(fā)表語(yǔ)：2008年2月8日</p><p><b>　　摘 要:</b></p><p>　　目前的調(diào)查研究顯示，在滌綸織物化學(xué)鍍銅過(guò)程中用硝酸銀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氯化鈀做活化劑，能

5、有效降低化學(xué)鍍銅所需的整體成本。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM），能量色散譜（EDX），X射線衍射分析（XRD）和X射線光電子能譜儀（XPS）對(duì)沒(méi)有鍍銅的滌綸織物和鍍銅的滌綸織物進(jìn)行掃描和表面特征分析表明：在給定連續(xù)的相對(duì)穩(wěn)定的鍍銅工藝條件下，利用硝酸銀做活化劑對(duì)滌綸織物進(jìn)行化學(xué)鍍銅工藝是可行并且有效的。通過(guò)電磁干擾（EMI）測(cè)評(píng)儀也對(duì)鍍銅滌綸織物的電磁屏蔽效果（SE）進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，鍍銅滌綸織物具有良好的電磁屏蔽效果。</p&

6、gt;<p><b>　　1 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　近年來(lái)，聚合物的金屬層沉積在裝飾或?qū)嶋H用途方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛的引起人們的注意，如包裝食品，微電子包裝、電磁干擾涂層（EMI）屏蔽和防電磁干擾屏蔽服等。因此，這樣就提高了聚合物金屬涂層的應(yīng)用范圍并為聚合物創(chuàng)造了很大的附加價(jià)值。導(dǎo)電紡織品就是鍍有鋁，銅，銀，鎳的一種面料，它能夠有效防止電磁干擾。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的金屬涂

7、層技術(shù)有金屬箔和層壓板，導(dǎo)電涂料和油漆，濺射鍍膜，真空鍍膜，火焰和電弧噴涂和化學(xué)電鍍等。</p><p>　　其中，化學(xué)鍍可能是生產(chǎn)金屬涂層紡織品最有效的方法?；瘜W(xué)沉積的方法是利用合適的還原劑，使鍍液中的金屬離子在具有催化活性的基體表面還原沉積出金屬，形成金屬鍍層的一種工藝。憑借其顯著的優(yōu)勢(shì)，如成本低，容易在形狀復(fù)雜的基板表面上形成連續(xù)的均勻的鍍層，它可以在任何類型的紡織品上形成鍍層，如紗，股票，面料或者服裝等。

8、</p><p>　　由于銅的高導(dǎo)電性，目前化學(xué)電鍍銅被用來(lái)制造導(dǎo)電織物。一些研究人員已經(jīng)對(duì)織物進(jìn)行了化學(xué)電鍍銅的研究，但是，在這些調(diào)查研究中，化學(xué)鍍銅是使用傳統(tǒng)的常規(guī)的氯化物（氯化鈀）來(lái)進(jìn)行活化步驟的，成本特別高。因此，滌綸織物鍍銅的電鍍過(guò)程的總費(fèi)用太高仍是電鍍滌綸織物商業(yè)化的一個(gè)主要問(wèn)題，滌綸織物進(jìn)行化學(xué)鍍時(shí)缺乏符合成本效益的大眾化的化學(xué)藥品。在這項(xiàng)研究中，價(jià)值相對(duì)而言比較低的硝酸銀活化劑取代了昂貴的氯化鈀活

9、化劑并且沒(méi)有影響電鍍銅的性能。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM），能量色散X射線光譜儀（EDX）對(duì)，X射線衍射（XRD）和X射線光電子能譜（XPS）對(duì)鍍銅滌綸織物的表面特性進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)和分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鍍銅滌綸織物的防電磁輻射屏蔽效果也非常好。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn) </b></p><p><b>　　2.1 材料 </b>&

10、lt;/p><p>　　100％滌綸平紋織物（47×40支數(shù)/cm2， 84g/m2）作為基體。每個(gè)樣本大小為 10㎝×10㎝。</p><p><b>　　2.2 化學(xué)藥品 </b></p><p>　　用于化學(xué)電鍍銅的化學(xué)藥品有：氯化亞錫（無(wú)水分，99.9％），鹽酸（37％）， 硝酸銀（99.9％），氫氧化鈉（99.3％），

11、氨水（28％），甲醛 （37％），五水硫酸銅（99％）和NaKC4H4O6 · 4H2O（99.9％），所有的試劑均為分析純。</p><p><b>　　2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 </b></p><p>　　化學(xué)鍍銅過(guò)程包括很多步驟程序，有前處理，敏化， 活化，化學(xué)鍍銅，防止銅氧化進(jìn)行的后處理，清洗和烘干。</p><p>　　所有面料樣

12、品均在室溫下用5％的洗滌劑沖洗20分鐘。對(duì)樣品進(jìn)行了沖洗后，再用去離子水沖洗一遍。表面敏化處理是將樣品在10 g/L的氯化亞錫和38％的40 ml/L鹽酸所組成的溶液中浸泡10分鐘，反應(yīng)所需的溫度為25℃，樣品取出后用去離子水沖洗干凈，再浸入到25℃含有10g/L的硝酸銀和28％的10ml/L氨水的溶液中20分鐘進(jìn)行活化處理。此后，將樣品在大量去離子中漂洗5分鐘以上，以防止樣品上殘留的活化液將鍍液污染。接著將樣品浸泡在30℃的化學(xué)鍍液中

13、20分鐘進(jìn)行鍍銅。該鍍液是由15g/L的CuSO4·5H2O、37％的20 mL/L的HCHO、40g/L的NaKC4H4O6·4H2O，10 g/L的NaOH溶液組成。，在后處理階段，將織物樣品用去離子水在40℃的溫度下沖洗20分鐘，并在烘箱中用大于60℃的溫度烘干鍍銅織物。在測(cè)量前所有的銅鍍織物標(biāo)準(zhǔn)都按照美國(guó)的ASTM D1776–04標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定。</p><p><b>　　2

14、.4 表征</b></p><p>　　滌綸織物鍍層的表面特征用發(fā)射掃描電鏡（FESEM，用JSM - 6335F）來(lái)觀察。使用能量色散X射線（EDX）連接上掃描電鏡進(jìn)行分析來(lái)確定滌綸織物鍍層的化學(xué)組成成分的。利用X射線衍射儀（XRD，銅、鉀放射物和石墨過(guò)濾機(jī)，電壓40千伏和電流40毫安）對(duì)銅鍍織物的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。通過(guò)沉陽(yáng)SKL-12個(gè)電子譜儀配備一個(gè)VG CLAM 4 MCD的電子能量分析儀用X

15、射線光電子光譜對(duì)銅鍍滌綸織物的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過(guò)利用12kv的加速電壓和20mA的放射電流獲得Mgk輻射(1253.6ev)。</p><p>　　鍍銅滌綸織物的電磁屏蔽效能（SE）是通過(guò)ASTM D 4935-99使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（安捷倫E8363A）來(lái)測(cè)定的，它的合成頻率源和散射參數(shù)（S參數(shù)）測(cè)試設(shè)置在2-18千兆赫的頻率范圍內(nèi)。</p><p><b>　　3 結(jié)

16、果與討論 </b></p><p>　　3.1 掃描電鏡/能譜分析 </p><p>　　鍍銅形成的薄金屬膜的表面形態(tài)，可能影響其電氣、機(jī)械和光學(xué)性能。用不同的放大倍率掃描電鏡掃描的沒(méi)有鍍銅的滌綸織物和銅鍍的滌綸織物的照片如圖（1）所示。</p><p>　　圖（1）：（a）沒(méi)有鍍銅的滌綸織物的電鏡掃描照片</p><p>　　（

17、b）滌綸織物的鍍銅試樣低倍率掃描照片</p><p>　?。╟）高放大倍率的滌綸織物鍍銅表面形態(tài)掃面照片</p><p>　　比較幾幅圖可發(fā)現(xiàn)，如圖（1）所示，很明顯經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍銅工藝處理和沒(méi)有經(jīng)過(guò)鍍銅工藝處理相比較，滌綸織物的表面特征有很明顯的改變。 如圖（1b）所示，滌綸織物鍍層均勻，致密的銅顆粒清晰可見，其中用目前化學(xué)鍍的方法使銅顆粒在纖維表面的沉積良好分散均勻。如圖（1c）所示，在高

18、放大倍率下鍍銅的均勻度看起更加的明顯，該產(chǎn)品的放大圖像還表明，銅鍍形成針形銅粒子。針形顆粒形成的原因可由下面的公式解釋，眾所周知，化學(xué)鍍銅的反應(yīng)公式可表示為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　公式（1）顯示，在堿性溶液中通過(guò)甲醛使銅離子變成到高純度的金屬銅，并在同一時(shí)間釋放出氫氣。這些原本產(chǎn)生在滌綸織物表面的納米大小的球形銅粒子，具有很

19、高的表面能，并在銅顆粒沉積期間具有強(qiáng)烈傾向去聚合。隨著氫氣在界面迅速釋放的影響，一些鄰近的銅顆粒傾向于沿氣體總流量形成長(zhǎng)線。從而形成針形顆粒。</p><p>　　圖（2）能量色散X射線光譜儀（EDX）的分析</p><p>　　圖（2b） 鍍銅的滌綸織物</p><p>　　圖（2a）沒(méi)有鍍銅的滌綸織物</p><p>　　在圖(2a)中對(duì)

20、沒(méi)有鍍銅的滌綸織物和銅鍍的滌綸織物進(jìn)行了能量色散X射線光譜儀（EDX）分析。結(jié)果表明，鍍層內(nèi)的銅對(duì)織物的性能有很大的影響。這表明通過(guò)改良化學(xué)鍍銅工藝過(guò)程即利用硝酸銀做活化劑代替用氯化鈀做活化劑對(duì)滌綸織物進(jìn)行銅鍍有很好的效果。在圖(2b)中觀察滌綸面料，其缺少?gòu)?qiáng)勁的氧氣的頂峰，僅在化學(xué)鍍銅鍍層的散裝的最低的限度形成銅的氧化物Cu0和純金屬。在能量色散X射線光譜儀（EDX）的能譜范圍內(nèi)觀察電鍍銅的滌綸織物發(fā)現(xiàn)其中沒(méi)有雜質(zhì)，這進(jìn)一步顯示出使用

21、化學(xué)鍍技術(shù)改良后能獲得高純度的電鍍銅的效果。此外，在能譜圖（2b）中也沒(méi)有觀察到基板分子，因此應(yīng)在電鍍銅鍍層比較厚的地方進(jìn)行觀察。</p><p>　　通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和能量色散X射線光譜儀（EDX）對(duì)化學(xué)鍍技術(shù)改良后鍍銅層的微觀結(jié)構(gòu)觀察和分析結(jié)果表明，使用硝酸銀做活化劑來(lái)給滌綸織物鍍銅其效果非常好。</p><p>　　3.2 X射線衍射分析</p><

22、p>　　圖（3）顯示了鍍銅滌綸織物樣品的X射線衍射圖。從圖中可以看出鍍銅滌綸織物四個(gè)最大特征峰在2θ= 43.4°、50.3°、74.2°和90.1°，其對(duì)應(yīng)的晶體面分別是（111）、（200）、（220）和（311）的鍍銅。該圖中在有銅的氧化物階段沒(méi)有檢測(cè)到銅層的沉淀。 </p><p>　　圖（3）鍍銅滌綸織物的X射線衍射圖譜 </p><p&

23、gt;　　基于X射線衍射結(jié)果，從衍射峰寬來(lái)確定晶粒尺寸的大小，尺寸的大小通過(guò)Scherrer公式來(lái)表示：</p><p>　　其中t是晶體的大小，λ為X射線波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的銅、鉀輻射（0.154056納米），θ為衍射角，B是在2θ時(shí)衍射峰的半高全寬（半高寬），n是舍萊爾常數(shù)為0.89。根據(jù)Scherrer公式方程，在銅（111）主峰銅粒子的平均尺寸為37.13 nm。</p><p>　　通過(guò)X

24、射線衍射JADE-SCAN軟件PDF卡識(shí)別顯示，滌綸織物鍍銅的鍍層薄膜的一個(gè)特征是中心立方晶體結(jié)構(gòu)，這意味著進(jìn)行了銅鍍的滌綸織物有完美的導(dǎo)電性能。</p><p>　　3.3 X射線光電子能譜（XPS）分析</p><p>　　如圖（4）所示，滌綸織物鍍銅樣品的X射線光電子能譜（XPS）能夠顯示鍍銅薄膜和銅復(fù)合膜的化學(xué)狀態(tài)結(jié)構(gòu)的全部信息。圖（4a）顯示了一個(gè)X射線光電子能譜（XPS）的全圖

25、，顯示了銅元素所有的標(biāo)準(zhǔn)光電子線：銅3s，銅3p，銅2P，O 1s，和C 1s。光譜中，在織物表面只檢測(cè)到銅元素和少量的氧和碳元素，這表明在滌綸織物表面形成了一層鍍膜。</p><p>　　織物表面的碳和氧的污染物主要來(lái)自于空氣中。鍍銅的滌綸織物跟大氣中氧氣能極大地反應(yīng)，這是因?yàn)樵跍炀]鍍銅織物表面的鍍層對(duì)氧氣有很強(qiáng)的親和力，發(fā)生了氧化反應(yīng)。</p><p>　　在圖（4b）中，銅的螺旋線的

26、最高峰在335伏特左右，X射線光電子能譜(XPS)掃描顯示銅2P的結(jié)合能（BE）的間隔在925-970區(qū)間。銅2P的光譜線和表征銅2P的光譜預(yù)測(cè)雙峰分離結(jié)合能高峰是932.2（2p3 / 2）和952.4 eV（2p1 / 2）。由于強(qiáng)度檢測(cè)主線在944.0和963.8 eV左右，所以汰弱留強(qiáng)銅的是2p3 / 2和2p1 / 2，而銅2P的光譜線雙重分離的分離能量是20.2電子伏特。對(duì)銅2p3/2和2p1 / 2的光譜線接近有用的報(bào)道。

27、圖（4c）顯示了在531.55 eV O 1s的光譜線，這是由于大氣中的氧氣跟鍍銅織物表面鍍層的銅氧化造成的。對(duì)滌綸鍍銅纖維的分析也表明，在纖維的表面有一層相對(duì)均勻的金屬銅，這是由于大氣中的氧氣與鍍銅層有極大的反應(yīng)。</p><p>　　圖（4）X射線光電子能譜（XPS）</p><p>　?。?a）銅鍍的滌綸織物</p><p>　?。?b）銅2P能譜圖</

28、p><p>　?。?c）O1s時(shí)的銅鍍滌綸織物</p><p>　　3.4滌綸織物的化學(xué)鍍銅機(jī)理 </p><p>　　在下面的段落中描述了利用硝酸銀做活化劑代替氯化鈀做活化劑時(shí)滌綸織物電鍍銅的機(jī)理。</p><p>　　據(jù)觀察，在酸性氯化亞錫溶液中進(jìn)行敏化過(guò)的滌綸織物，Sn2 +離子能被吸附到顆粒表面，形成一層均勻的薄膜。將這些敏化過(guò)的滌綸織物

29、，放入到由硝酸銀氨溶液形成的活化液中，隨著將敏化的織物放入活化浴中使[Ag(NH3)2]+吸附在織物表面。然而，Sn2+ 離子被吸附在敏化后的織物表面立即使[Ag(NH3)2]+離子變成Ag0，其反應(yīng)式如下：</p><p>　　在電鍍銅的鍍液里，Ag充當(dāng)催化劑使鍍液中的銅得到沉積。眾所周知，化學(xué)鍍銅過(guò)程的性質(zhì)是電化學(xué)性質(zhì)。鍍銅開始時(shí)是受陽(yáng)極反應(yīng)控制，根據(jù)金屬Ag在織物表面吸附催化作用，銅離子通過(guò)電子作用沉積到催

30、化銀表面通過(guò)下列化學(xué)反應(yīng)由還原劑（甲醛）還原。</p><p><b>　　陽(yáng)極反應(yīng)：</b></p><p>　　陰極反應(yīng)： </p><p>　　在開始反應(yīng)時(shí)，金屬Ag對(duì)銅沉淀沉淀起著很重要的作用。在水溶液中堿性溶液（通常PH＞11），甲醛（HCHO）對(duì)催化劑表面吸附Ag容易氧化產(chǎn)生成為HCOO-,活化氫原子（?H）和

31、釋放電子（陽(yáng)極反應(yīng)），而在鍍液中銅離子通過(guò)甲醛氧化還原成金屬Cu（陰極氧化反應(yīng)產(chǎn)生的電子），兩個(gè)氫原子結(jié)合形成氫氣。在這個(gè)化學(xué)鍍銅過(guò)程中，銅的沉積一旦形成，將自身作為催化劑，為以后的鍍銅和在滌綸織物表面形成良好的鍍層做自身催化。</p><p>　　3.5屏蔽效能 </p><p>　　EMI屏蔽效能從事件發(fā)生率到發(fā)射功率的是以分貝計(jì)算表達(dá)的，在下列電磁波發(fā)射功率 (dB)<

32、;/p><p>　　其中P1（E1）和P2（E2）分別是入射功率（入射電場(chǎng)強(qiáng)度）和發(fā)射功率（透射電場(chǎng)強(qiáng)度）</p><p>　　圖（5）表明了沒(méi)有鍍銅的滌綸織物和鍍銅的滌綸織物屏蔽效能（SE）。因此，沒(méi)有鍍銅的滌綸織物的屏蔽效果在2-18千兆赫的頻率時(shí)幾乎為零。然而，鍍銅滌綸織物的屏蔽效果在大于40分貝時(shí)和在2-18千兆赫的頻率時(shí)的屏蔽效果都很好。結(jié)果表明，滌綸織物化學(xué)鍍銅使用硝酸銀做活化劑時(shí)

33、能有效地減弱電磁波的輻射，鍍銅滌綸織物在EMI屏蔽的應(yīng)用方面有很大的實(shí)際用途。</p><p>　　圖（5）屏蔽效果 鍍銅滌綸織物和沒(méi)有鍍銅滌綸織物</p><p><b>　　4結(jié)論 </b></p><p>　　在上述論述中已證明利用硝酸銀做活化劑代替用氯化鈀做活化劑對(duì)滌綸織物進(jìn)行鍍銅有很好的電磁屏蔽效果。鍍銅滌綸織物鍍銅薄膜由掃描電子顯微

34、鏡（SEM），能量色散譜（EDX），X射線衍射分析（XRD）和X射線光電子能譜儀（XPS）進(jìn)行了掃描檢測(cè)分析，結(jié)果表明，在滌綸織物表面形成一層分布比較致密的均勻的金屬鍍層，這層銅膜是由針形的銅粒子組成，面心為立方晶體結(jié)構(gòu)特征。該涂層的平均晶粒尺寸為37.13 nm。在滌綸織物的化學(xué)鍍銅中用硝酸銀代替氯化鈀做常規(guī)的活化劑是能夠有效降低化學(xué)鍍的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。這項(xiàng)研究還表明，銅鍍滌綸織物為有效的EMI屏蔽材料。硝酸銀可能是一個(gè)潛在的替代