基本信息
- 项目名称：
- 陶瓷金属化新技术--纳米复合化学镀铜
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品是将纳米技术与传统化学镀工艺相结合，利用金纳米粒子的催化活性，优化化学镀铜前处理工艺，研究一种陶瓷金属化新技术，制备出Cu/Au纳米复合镀层。
- 详细介绍：
- 本作品将纳米技术与化学镀工艺结合，研究出一种新型陶瓷金属化技术。该技术工艺简单，节能环保。 利用金纳米粒子的催化活性，实现了陶瓷化学镀铜前处理工艺由传统的粗化-敏化-活化三步法简化为粗化-活化两步法；在陶瓷表面制备纳米复合镀铜层，均匀致密，结合力好，导电性能优良。 本作品扩展了金属纳米粒子和陶瓷的应用领域，将促进陶瓷在微电子、精密机械制造和航空航天等重要行业中的应用，社会效益和经济效益显著。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：利用金纳米粒子的催化活性，简化陶瓷化学镀铜前处理工艺，研究一种陶瓷金属化新技术。创新点： 1.金纳米溶液制备容易且稳定存在，浓度极低，可循环利用，基本实现零排放； 2.优化陶瓷化学镀前处理工艺，变粗化—敏化—活化三步法为粗化—活化两步法； 3.在镀液中添加金纳米，可以降低施镀温度，提高镀层沉积速度，节约能源，镀层性价比高； 4.杜绝了传统活化工艺中金属银及钯的使用和排放，降低成本，环保无毒。技术关键： 1.金纳米溶液的制备； 2.金纳米粒子在镀液中均匀分散； 3.借助现代仪器分析技术检测纳米复合化学镀层的性能。主要技术指标： 1.金纳米溶液浓度：3.33×10-4mol/L； 2.施镀温度：35～40℃； 3.纳米复合化学镀层：结合力达到国标的最高级—0级；电阻仅为0.012Ω。
科学性、先进性
- 本作品将纳米技术与化学镀工艺相结合，研究出一种新型陶瓷金属化技术，制备Cu/Au纳米复合化学镀层。 利用液相还原法制备金纳米溶液，操作简单且稳定性好。金纳米粒子具有比表面积大，催化性能优异，在镀液中均匀分散等优点。与传统陶瓷化学镀前处理工艺相比，简化了工艺，变粗化-敏化-活化三步法为粗化-活化两步法，节约能源，减少环境污染；制备得到的纳米复合化学镀层致密均匀，结合力好，具有良好的导电性能。金纳米粒子用量极少，显著提高了镀层的性价比。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片及样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 将粗化后的陶瓷基体浸泡在金纳米溶液中，使基体表面具有金属沉积所需要的活性中心；在镀液中添加少量金纳米粒子，制备Cu/Au纳米复合化学镀层。金纳米溶液制备简单、用量少、且可以重复使用，避免了传统活化工艺中重金属银、钯的浪费及对环境的污染，生产成本降低。 本作品扩展了金属纳米粒子和陶瓷材料的应用范围，将促进陶瓷材料在电子行业、精密机械制造和航空航天等重要行业的应用。与普通陶瓷镀铜相比，本作品可使生产成本大大降低，因此，社会效益和经济效益显著。
同类课题研究水平概述
- 陶瓷具有高硬度、耐腐蚀、耐高温及很强的机械性能，但它不导电、不可焊、抗冲击强度差等缺点限制了陶瓷广泛应用。因此，陶瓷表面金属化成为高科技发展不可或缺的技术。目前，陶瓷表面金属化技术很多，化学镀以其适应基体广、操作简便、均镀和深镀能力好，而得到广泛应用。金属化后的陶瓷可应用于大规模集成电路、精密机械制造和航空航天等重要行业。化学镀先决条件是沉积金属的基体表面要有催化活性，而陶瓷不具有催化活性，因此施镀前需进行前处理。表面活化是前处理工艺中的关键步骤，它可使基体表面具有大量的催化活性中心。目前应用最普遍的活化方法为：粗化后的陶瓷基体先用氯化亚锡敏化，再用氯化钯或硝酸银活化，还原生成的钯或银原子即成为金属沉积的活性中心。此工艺存在着操作繁琐、贵金属钯、银浪费严重及污染环境等问题，因此简化前处理工艺，降低污染，节约资源，成为国内外学者研究的热点。 续振林将化学镀铜工艺与激光微细刻蚀技术相结合，在氧化铝陶瓷基底上实现无敏化活化化学镀铜，获得光亮致密、导电性良好的化学镀层。Chun Z先自组装硅烷单分子膜，再浸于银胶中，使基体表面获得催化中心，以取代常规应用的氯化亚锡-氯化钯敏化活化法，形成一层Ag胶体薄膜，然后进行化学镀铜，得到了镀速更快、结合力更强的镀层。Hsiao Y S等先将聚酰亚胺(PI)薄膜用KOH溶液碱性水解形成-COOK基团，再浸入硫酸镍水溶液中用镍离子交换钾离子，然后用硼氢化钠还原镍离子为镍纳米粒子，形成Ni-NPs层，为化学镀提供所需的活性中心。梁剑涛等使用铝粉为活化剂，置换化学镀铜，代替了传统钯活化前处理工艺，并避免了使用甲醛作还原剂。Krumov等利用激光辅助电子束技术沉积氧化铈金属薄膜，以其为催化中心进行化学镀铜。但是以上方法都存在各种的缺陷，或其工艺复杂操作成本高，或其溶液稳定性差不易控制。本作品利用金纳米粒子优异的催化活性，优化并简化前处理工艺为粗化-活化两步法；并且金纳米溶液很稳定，能够重复使用，浓度仅约为传统钯、银活化溶液浓度的1/4，且避免了氯化亚锡的使用，降低了生产成本，是一种环保型前处理工艺；在镀液中添加少量金纳米溶液，镀速提高，制备出性能优异的Cu/Au纳米复合化学镀层。
